автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Стабилизация эксплуатационных свойств восстановленных отработанных автотракторных масел ультразвуком в условиях сельскохозяйственного производства

Российская академия сельскохозяйственных наук

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВНИПТИМЭСХ)

РГб од

На правах рукописи

1 3 ИЮН 1395

КАМБУЛОВ Сергей Иванович

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВОССТАНОВЛЕННЫХ ОТРАБОТАННЫХ АВТОТРАКТОРНЫХ МАСЕЛ УЛЬТРАЗВУКОМ В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и

ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград 1995

Работа выполнена в лаборатории использования нефтепродуктов Всероссийского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского и проектно-технологического института механизации и электрификации сельского хозяйства (ВНИПТИМЭСХ).

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

БУТС® Н.П.

Официальные оппоненты - доктор технических Наук, профессор

Ведущее предприятие - Северо-Кавказская ордена Трудового

Красного Знамени Государственная машиноиспытательная станция

Защита состоится "28" ШУИЯ в " № " часов

на заседании диссертационного Совета Д.020.36.01 по адресу: 347720, г.Эерноград Ростовской области, ул.Ленина, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЖГГОМЭСХ.

Автореферат разослан " 2S " J? 19 90 г.

, Отзывы на реферат, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу Ученому секретарю специализированного Совета ВШПТШЭСХ.

ТОПИЛИН Г.Е. - кандидат технических наук, профессор ЧЕРНЫШЕНКО И. Я.-

Ученый секретарь диссертационного Сове кандидат технических

- а -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Люлуальяосяь темы. Уровень развития и достижения науки и техники показывают, что надежные машины и оборудование могут быть созданы только при удачном решении задач, связанных с трением в сопряжениях, износом деталей и надлежащей смазкой в механизмах. Поэтому для повышения эффективности использования техники необходимо предъявлять более жесткие требования к качеству смазочных материалов.

Несмотря на достаточное количество производимых товарных масел, потребители испытывают в них дефицит. Это является следствием неправильного использования масел, их высокой стоимости и ряда других причин. Кроме того, товарные масла не всегда отвечают требованиям стандартов. В частности, они имеют ограниченную стабильность, а также неустойчивость по углеводородному составу, что отрицательно сказывается на их качестве и сроках службы.

Одним из резервов обеспечения потребности в маслах может стать повторное использование отработанных масел после восстанов- ■ ления их основных физико-химических показателей, которые были утрачены в период эксплуатации. Это имеет важное значение и с точки зрения охраны окружающей среды, так как предотвращает загрязнение почвы и водных источников. Помимо этого, путем воздействия на масла ультразвукового поля, можно увеличить стабильность, их свойств. При это» повышается качество масел и увеличивается срок ; их службы.

В связи с этим повторное использование отработанных масел путем восстановления их основных показателей, а также разработка и внедрение техсредств и технологий по увеличении; стабильности как восстановленных, так и товарных масел являются актуальной за- . дачей.

Данная работа является частью общих исследований, выполненных во ВНИПТИМЭСХ по разработке технологии восстановления эксплуатационных свойств отработанных автотракторных масел в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ института (задание 09.03), составленным на основе Научно-технической программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению АПК Российской Федерации

на 1991-1995 гг. (утверждена Россельхозакадемией 02.рб.92г.).

Цель работ - обоснование методов стабилизации свойств и оптимизации параметров очищенных автотракторных масел для повторного их использования по прямому назначению.

О&ъет исследований - технологический процесс восстановления и стабилизации эксплуатационных свойств отработанных масел.

Научная повизва. Определены условия возникновения кавитации в очищенных автотракторных маслах, что позволило обосновать режимы их обработки ультразвуковыми колебаниями. Установлены зависимости щелочного числа очищенного масла от длительности воздействия ультразвукового, поля и продолжительности хранения масла. Найдено рациональное Соотношение компонентов в составе смеси из товарного и очищенного масел, предложена математическая зависи' мость для определения состава смеси с учетом ее целевого назначения. Предложена технология восстановления эксплуатационных свойств отработанных автотракторных масел, основным преимуществом которой является возможность ее применения непосредственно на местах эксплуатации масел без использования дорогостоящих материалов.

Дралдичесяая значимости» работ и реализация результатов ис~ следований, разработан и создан комплекс технических средств для реализации технологии, восстановления эксплуатационных свойств отработанных автотракторных масел ультразвуковыми колебаниями.

Разработана номограмма определения необходимого состава смеси в зависимости от исходных компонентов. Определены трибологи-ческие свойства восстановленных автотракторных масел, позволяющие рекомендовать их к использованию по прямому назначению.

Созданный комплекс технических средств прошел широкую производственную проверку на 14 пунктах очистки масел, которые внедрены в Ростовской, Белгородской, Курской, Калужской, Иркутской, Одесской областях, а также в Ставропольском и Краснодарском краях. Повторное использование отработанных масел после восстановления их эксплуатационных свойств позволяет экономить до 20-30% товарных масел.

Апробация рабою. Основные пояснения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях ВНИПТИМЭСХ в 1990-1994 гг., Челябинского государственного агроинженерного университета в 19с>3 г., а также на заседании Научно-технического ' совета Минсельхозпрода РСФСР в 1991 г. (г.Эерноград) на Всерос-

сийском семинаре "Задачи служб снабжения и технического сервиса по внедрению передовых форм обслуживания машинно-тракторного парка, оборудования нефтескладов и рациональному использованию горюче-смазочных материалов" в 1991 г. (г.Зерноград.) на Всероссийском совещании-семинаре "Задачи служб АПК по внедрению новых форм обеспечения сельхозпредприятий нефтепродуктами, топливом и хим-продукцией в условиях рыночных отношений" в 1993 г. (г.Калуга).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано семь научно-технических статей общим объемом i,i п.д.

Объем работ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и 10 приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста» включая 30 таблиц и 43 рисунка. Список литературы имеет 112 наименований, 11- на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, а также сформулирована цель работы и основные положения, выносимые на защиту.

В главе "Состояние вопроса и задачи исследований" проведен обзор и анализ работ, посвященных состоянию товарных и отработанных масел, а также процессам, протекающим в них при хранении и эксплуатации. ; :

Иоследованкл основных источников загрязнений моторных ыасед. представлены в работах Коваленко В.П., Григорьева М.А., Матвеева A.C. и др. Механизм действия присадок в процессе работы масла описан в работах Лосикова Б.В., Кулиева A.M., Эмануэля Н.М., Денисова Е.Т., Тетерина Л.Н. и др. ß силу ряда причин отмечается несоблюдение требований, предъявляемых к присадкам. Изучение стабильности присадок при хранении и эксплуатации масел проводилось Итинской H.H., Кузнецовым Н.И., Морозовым Г.А,, Венцелем С.В., Черножуковым Н.И., Крейн С.Э., Хмелевым Н.М. и др.

В процессе эксплуатации масла происходит ухудшение его показателей, что непосредственно сказывается на его качестве и продолжительности работы. Поэтому специалистами ГОСНИТИ, Кишиневского СХИ и других научных организаций установлена возможность улучшения эксплуатационных показателей товарных масел и повышения, их

- 6 -

стабильности с целью увеличения срока службы.

Однако в имеющихся работах в большинстве случаев даны рекомендации применительно к товарным маслам, в то время как одним из существующих путей повышения экономии смазочных масел и увеличения их срока службы является повторное использование отработанных масел после восстановления основных показателей.

В настоящее время в стране и за рубежом созданы и используются технологии и технические средства для регенерации отработанных масел. Но они являются промышленными и применимы при крупномасштабном производстве, а следовательно, не могут быть использованы в сельском хозяйстве.

Специалистами АЧИЫСХ, ВНИПТИМЭСХ, ГОСНИТИ, ВИИГиН и др. определены методы и созданы технические средства, позволяющие производить очистку отработанных масел в условиях с.-х. производства. Однако технологии восстановления свойств отработанных масел с применением средств микрофильтрации и стабилизации показателей восстановленных масел в явном виде не создано.

Таким образом, можно отметить, что пока нет единого подхода к решению вопроса о выборе форм и средств механизации восстановления свойств отработанных масел непосредственно на местах их эксплуатации, что объясняется недостатком теоретических и экспериментальных исследований, отсутствием средств восстановления отработанных масел, полностью отвечающих требованиям с.-х. производства.

Рабочая гипотеза исследований состоит в том, что путем воздействия ультразвукового поля на масло возникающая в нем кавитация Елияет на размер частиц, находящихся в масле, тем самым улучшая его дисперсный состав и увеличивая стабильность присадок.

В работе сформулированы следующие задачи исследования:

1. Определить режимы ультразвуковой обработки масел;

2. Провести оптимизацию параметров очищенных масел;

3. Разработать технологический процесс восстановления отработанных автотракторных масел и стабилизации их свойств;

4. Проверить эффективность"восстановленных масел в условиях эксплуатации;

5. Определить экономическую эффективность повторного использования восстановленных масел.

В главе "Аналитические исследования оптимизации параметров

масел и стабилизации их свойств" представлены теоретические предпосылки воздействия ультразвукового поля на масло.

Дисперсный состав масла можно изменять, воздействуя на него ультразвуковыми колебаниями. При этом в масле возникает кавитация, сопровождающаяся появлением в нем высоких мгновенных давлений. В результате этого происходит дробление частиц присадок, а также других имеющихся в масле примесей. Таким образом, улучшается дисперсный состав масла, увеличивается электропроводность масляной пленки, в результате чего снижается электрическая составляющая износа.

Стабильность масляной основы определяется, структурой и свойствами находящихся в ней углеводородных соединений, которые в той или иной мере подвержены процессам окисления. Все углеводороды по-разному проявляют свои свойства в зависимости от условий хранения и эксплуатации. Одни обладают высокой стабильностью при хранении, но с повышением температуры вступают в реакции окисления. Другие, наоборот, подвержены этому при нормальных температурах, однако сохраняют стабильность при высоких температурах.

В связи с этим необходимо, воздействуя на масло ультразвуковыми колебаниями еще до начала эксплуатации, стабилизировать его углеводородную основу.

При прохождении ультразвуковых волн через жидкость в последней происходит чередование сжатий и растяжений, что приводит к возникновению ультразвуковой кавитации. Это связано с тем, что жидкости, выдерживая высокие давления сжатия, очейь чувствительны, к растягивающим усилиям. При этом образуется большое количество разрывов в жидкости в виде пузырьков в тех местах, где ее прочность недостаточна.

Условие равновесия газового пузырька можно представить в виде уравнения: 26

Р = Рв--» (1)

I?

где Р - давление в жидкости, окружающей пузырек; Рн - давление насыщенного пара жидкости; б - поверхностное натяжение; Я - радиус пузырька.

Анализируя уравнение (1), можно сказать, что при Р<Ря-С2б/Ю пузырек начинает увеличивать свои размеры, а при Р>Рн-(2б/К) -уменьшать. Применительно к конкретной жидкости Рн и б остаются

заданными и, следовательно, условие равновесия пузырька определяется внешним давлением и радиусом.

Наибольший интерес при взаимодействии ультразвуковых колебаний с жидкостью представляет случай сжимающегося пузырька. При этом давление, возникающее в жидкости при захлопывании пузырька,

можно установить из выражения: _

Ртах 1 /Тг~4

- » 1+ - /- (23-4), (2)

Ро 4/ 4Вэ-1) где Ртах ~ максимальное давление при захлопывании пузырька;

Ро - начальное давление в жидкости; г» (Но/Ю - отношение начального радиуса «агитационного пузырька к текущему значению радиуса.

Из полученного уравнения следует, что при уменьшении радиуса кавитационного пузырька давление в жидкости возрастает и при полном его захлопывании (КО) давление стремится к бесконечности. И хотя это сверхвысокое давление действует в течение бесконечно малого промежутка времени, но при высокой частоте ультразвуковых колебаний, оно оказывает влияние на частицы масла.

Эффективность ультразвуковой обработки определяется как свойствами среды, в которой распространяются ультразвуковые колебания, так и характеристиками ультразвукового поля. При этом такие параметры, как давление, температура, частота влияют лишь на возникновение кавитации (рис.1) и только продолжительность озвучивания оказывает влияние на качество среды (рис.2). Однако только при определенном времени озвучивания можно добиться наименьшего размера частиц. Уменьшение шш увеличение времени ультразвуковой обработки приводит к их козгуля-Рис.1. Зависимость кавитационной ции.

прочности жидкости от частоты 1а) и температуры (б)

В результате очистки отработанных масел некоторые свойства (вязкость, щелочное число, температура вспышки) полностью не восстанавливаются. В табл.1 представлены основные параметры товарного и очищенного масла МЮГ%.

Таблица 1

Основные параметры масла МЮГг

Показатели Масло М10Гг

товарное очищенное

Кинематическая вязкость при 100°С, сСт 10,80 8,65

Содержание механ-ческих примесей, X. 0,022 ' 0,016

Наличие воды, X 0,07 отсутствует

Температура вспышки, °С 204 146

Щелочное число, мг КОН/г 5,66 1,61

Улучшить параметры очищенных масел.можно путем-добавления в них присадок или товарного масла. Наиболее доступным в условиях с.-х. производства является второй вариант. Но в обоих случаях возникает задача по составлению смесей.

Для решения подобных задач существует эффективный метод линейного программирования. При построении математической модели задачи о составлении смеси обозначим число единиц товарного масла, входящего в смесь, через XI, а число единиц очищенного масла через хг-

Таким образом, математическая модель задачи представляется системой неравенств

- 10 -XiBi + X2B2 > В'см X!Bi + Х2В2 < B"oi xiffli + Х2Щ2 > Щ см - X1T1 + x2T2 > Тем (3)

xiHj + Х2П2 < П см

X1M1 + Х2Д2<Д см Xi>0. X2>0

где Bi; B2 - соответственно вязкость товарного и очищенного масла; Щз; Щг - соответственно щелочное число товарного и очищенного масла; Ti; Тг - соответственно температура вспышки товарного и очищенного масла; Пи Пг - соответственно содержание механических примесей в товарном и очищенном маслах; Ли Hz - соответственно содержание воды в товарном и очищенном маслах. Кроме того, при стоимости товарного масла üi и стоимости" очищенного масла Иг на множестве решений данной системы необходимо найти минимальное значение целевой функции

F = xiUi + Х2И2 - min- (4)

Наиболее универсальным методом решения задач линейного программирования является симплексный метод, который эффективен при исследовании математической модели, заданной в канонической форме.

Для перевода системы ограничений (3) в каноническую форму необходимо ввести дополнительные переменные. Учитывая, что в очищенном масле содержание воды и механических примесей соответствует стандарту Сем.табл.1), то при составлении смеси эти показатели не ухудшат ее свойств. Следовательно, в системе ограничений (3) можно исключить последние два уравнения, тогда получим

xjBi + X2B2 - хз - В' см

Х1В1 + Х2В2 + X4 «= В"см

Х1Ш1 + Х2Щ2 - x5 = Щ CM

Х1Т1 + Х2Т2 T см

Xi > 0; i - Aiz.3 ..6

В результате проведенных расчетов оптимальным для рассматриваемого случая (см.табл.1) является решение, при котором Х1«0,84; Х2=0,19. Следовательно, смесь ьключа^г в себя 0,84 единицы товарного и 0,19 очищенного масла или соответственно 82 и 182 .

Так как число переменных системы ограничений (3) и целевой функции (4) равно двум, то задачу о составлении смеси можно решить .графически. при этом оптимальная смесь состоит из 831 товар-

ного и 17Х очищенного масла при стоимости 297 тыс.руб. за тонну, что на 17% ниже стоимости товарного масла (в ценах на 30.10.93г.).

Однако щелочное число и вязкость очищенного масла - случайные величины, поэтому наиболее удобным является установление зависимости состава смеси от изменения параметров очищенного масла. Эту зависимость в общем виде можно представить как неполное квадратное уравнение

С0 = В0+В1Ш+В2В+В1. гШВ, (6)

где С0 - содержание очищенного масла в составе смеси; В - вязкость очищенного масла; Щ - щелочное число "очищенного масла; Во;В1;Вг;В1.2 - неизвестные коэффициенты. После определения неизвестных коэффициентов уравнение (6) принимает следующий вид

С0 * 0,44Щ + 0,02В - 0,033В - 0,28. (7) Данное уравнение обеспечивает с достаточной для практики точностью определение доли очищенного масла в составе смеси при известных щелочном числе и вязкости.

Проведенные теоретические исследования позволяют говорить, что эффективность ультразвуковой обработки достигается только при определенном времени озвучивания, в результате чего масло приобретает наибольшую стабильность. Оптимизация параметров очищенных масел позволяет говорить о необходимом количестве компонентов смеси. Для уточнения полученных результатов необходимо проведение экспериментальных исследований.

В главе "Методика экспериментальных исследований" сформулирована цель экспериментальных исследований,представлены программа экспериментов и общая методика проведения экспериментальных исследований. .

Целью экспериментальных исследований является получение информации о процессах восстановления отработанных автотракторных масел и стабилизации их свойств для разработки оптимальных режимов технологического процесса.

Программа экспериментов включает в себя: 1. Исследование влияние ультразвукового поля на масла: обработка товарных масел ультразвуковыми колебаниями (УЗГЗ-4);

обработка очищенных масел ультразвуковыми колебаниями;

установление динамики изменения показателей (щелочное число) масел от времени ультразвуковой обработки и продолжительности хранения;

2. Определение параметров масел (кинематическая вязкость,щелочное число, температура вспышки, наличие механических примесей и воды и т.д.);

3. Проведение стендовых испытаний на машине трения 2168 УМТ: испытания до получения задира на трущихся поверхностях образцов;

испытания на износ с фиксацией момента трения, температуры в зоне трения и определение величины износа;

4. Проведение эксплуатационных испытаний: определение тракторов и подготовка их к испытаниям; исследование динамики изменения основных физико-химических

свойств масел в процессе испытаний;

исследование динамики накопления основных металлов (Ре, РЬ, Сг, Си, А1) в процессе работы испытуемых масел (ШС-6).

Глава "Результаты исследований стабилизации свойств и оптимизации параметров автотракторных масел".

Исследование стабилизации свойств товарных масел. В результате проведенных исследований по обработке товарных масел ультразвуком можно отметить повышение стабильности масел, которая характеризуется изменением щелочного числа (табл.2).

Таблица 2

Изменение щелочного числа товарного масла ШОГг от времени обработки ультразвуком

Время озвучивания,мин.

Щелочное число по повтррностям, мг КОН/г

1. 5

Среднее

1 2 3'" 4 5

О

2,5 5,0 10,0

5.61 5,42 Ь451 5,47 5,57 5,52 5.78 5,75 5*,69 5,67 5,68 5,71

5.62 5.66 5.70 5,94 5,74 5,73 5,52 5,48 5,62 5.71 ~5.31 5.53

Проведенный дисперсный анализ полученных результатов по-

г

казывает, что ультразвуковая обработка товарного масла оказывает влияние на его качество.

Для определения оптимального времени обработки ультразвуком товарного масла устанавливалась зависимость щелочного числа от продолжительности озвучивания в виде ИНЧЬу), которая изображена на рис.3. Для интенсификации процесса некоторые пробы масла были обводнены до содержания 3, 6 и 10% воды. Во всех случаях максимальное значение щелочного числа находится в диапазоне озвучивания 5-6 мин., однако наличие воды снижает эффективность обработки. Оптимальное время озвучивания 2,5 литров необводненного товарного масла МЮГг составляет 5,6 минут, или 2,24 мин./л. При этом наблюдается повышение щелочного числа на 8-102 по сравнению с неозвученным маслом.

Одновременно изучалось изменение свойств масел от времени хранения, т.е.ИК (1Х) (рис.4). В процессе эксперимента установлено, что масло, необработанное ультразвуковыми колебаниями, снижает свои показатели в процессе хранения (кривая 1У*0). Масло, обработанное ультразвуком, при хранении незначительно снижает свои

показатели (кривая Ьу=2,5),а при времени обработки, близком к оптимальному (1у=

. __5,0; Ьу=10,0), даже несколько улучшает

показатели в пределах времени хранения 720 ч.

Исследование стабилизации свойств очищениих масел. Изменение свойств очищенных , отработанных масел при различием времени озвучивания изучалось в двухфакторном эксперименте. Фактор А (время обработки ультразвуком) имеет пят> >- и фактор В Рис. 3. Зависимость щелочного числа

товарного масла МЮГг от времени Вммя с&а&тмшылгЫгюп обработки ультразвуком

(время хранения) имеет шесть градаций. В таблице 3 представлены средние значения щелочного числа очищенного масла в зависимости от времени хранения и времени озвучивания.

Анализируя табл.3,можно сказать, что время обработки ультразвуком и время хранения очищенного масла оказывают влияние на его качество. Это подтверждается результатами дисперсного анализа.

мгт

■за

щелочного числа товарного масла МЮГг от времени хранения

• tUtu*S.4VSliß

{.zlf-

ч- u*t.e

г*—

Ькпя хранения —»

е$т

-Таблица 3

Зависимость щелочного числа очищенного масла от времени хранения и времени озвучивания

Время озвучивания, мин. Время хранения Среднее

3 ч 9 Ч 24 Ч 3 сут. 9 сут. ЗОсут.

0 1,64 1,60 1,56 1,43 1,58 1,58 1,57

2,5 1,63 "1,54 1,56 1,62 1,62 1,60 1,60

5,0 1,75 1,66 1,63 1,65 1,68 1,75 1,69

10,0 1,67 1,50 1,56 . J763 1,59 1,60 1,59

15,0 1,63 1,47 1,58 1,62 1,60 1,50 1,57

среднее 1,66 1,55 1,58 1,59 1,61 1,61

Для определения оптимального времени озвучивания очищенного масла по результатам экспериментальных исследоганий устанавливалась зависимость Щ = f(ty), которая аппроксимируется уравнением

> Щ » aty2 + bty + с,

где ty - время обработки ультразвуком; а,Ь,с - постоянные коэффициенты.

.И

1,

{

о

о—о юсчгт ъссмтмт

мг>Щ

/иш

(41*0*0

-ч

ечт

Вит хранения

Рис.6. Динамика изменения щелочного числа очищенного отработанного масла от времени хранения

дет? о6ра5отге тямл

Рис.5. Зависимость щелочного числа очищенного отработанного масла от времени обработки ультразвуком

Решение данного уравнения производили методом наименьших квадратов. При этом оптимальное время обработки 2,5 л очищенного отработанного масла составляет 7,25 мин., или 2,9 мин./л. Зависимость щелочного числа масла от времени ультразвуковой обработки представлена на рис. 5. Зависимость щелочного числа очищенного масла от продолжительности хранения Е^(1х ) показана на рис.6.Она подтверждает эффективность ультразвуковой обработки, т.к. масло, обработанное ультразвуковыми колебаниями,имеет тенденцию к увеличению щелочного числа по сравнению с неозвученным маслом, что указывает на большую стабильность первого.

Изменение показателей снеси от наличия в ее составе товарного и очищенного масла. Для проверки аналитических расчетов, в ходе которых было установлено, что для данного вида масла (состояние физико-химических параметров) смесь должна содержать 82% товарного и 18% очищенного масла, были поставлены эксперименты по составлению смесей, результаты которых представлены на рис. 7.

Их анализ показывает, что требованию стандартов отвечает смесь, составленная из 85Х товарного и 152 очищенного масла одной марки, что подтверждает результаты аналитических исследований.При этом оптимальное время озвучивания смеси определялось из выражения «г1уТ+«с,1у°

- , (8)

Су -

«т

-¡г

+ «О

где 1у1,1у° - оптимальное время ультразвуковой обработки соответственно товарного и очищенного масел; ах»«о - соответственно доля товарного и очищенного масел в смеси.

Рис.7. Изменение параметров масел от состава смеси Таким образом, оптимальное время озвучивания смеси составляет 2,34 мин./л (для рассматриваемого случая).

Исследование трибологичесних свойств масел. На рис. 8, 9 представлены результаты испытаний различных масел на машине трения 2168 УМТ.

Л V 11 111

1 * '/тщ Т?Иесощ Радата ► лийм»У тте

\ у * •

V? "Г*

*—^ •• а

Ч V** • ^^

Л*тг м&я**-

Рис.8. Динамика изменения коэффициента трения от времени работы (обработанная ультразвуком смесь) на 20Х

Анализируя представленные зависимости, можно отметить, что показатели товарного масла и неозвученной смеси практически одинаковы, так как средние значения коэффициентов трения при установившемся режиме отличаются друг от друга на 57..

Коэффициент трения восстановленного масла ниже, чем у товарного.

Аналогичный вывод можно сделать и о температуре в зоне трения. Для восстановленного масла она на 16Х ниже, чем для товарного.

Коэффициент трения и. ' ' температура з зоне

трения влияют на износ образцов и продолжительность .работы масляной пленки, что отображают диаграммы на рис.10 и 11. Рис. 9. Динамика изменения температуры в зоне трения от продолжительности работы При работе пары трения на восстановленном масле износ образцов

г

1

/рила&жва Ра£о/па

р.« Л

Я п '

а—в тес» » г—еисапл/вйалчюе ./гае

из стали в 2,4 раза ниже,чем при работе на товарном масле. При этом продолжительность работы масляной пленки у восстановленного масла на 297. выше, чем у товарного масла.

Результат эксплуатационных испытаний восстановленных масел. Эксплуатационные испытания восстановленных масел проводились в ОПХ "Манычское"'Зерноградского района Ростовской области на двигателях тракторов Т-40АМ.

Рис. 10. Диаграмма износа образцов!

1 - масло товарное МЮГо; 2 - смесь очищенного и товарного масел; 3 - восстановленное масло

Анализ полученных результатов показывает, что в процессе

Тип мосла

Г

ел?-

•I -

I

1 Тип наш1

Рис. 11. Диаграмма времени работы образцов до "задира":

1 - масло товарное МЮГг;

2 ~ смесь очищенного и товарного масел; 3 -восстановленное масло

работы изменение основных физико-химических параметров товарного и восстановленного масел происходит одинаково по таким показателям, как наличие механических примесей, воды, кинематическая вязкость, температура вспышки. Темп изменения щелочного числа для испытуемых масел неодинаков (рис,12). У восстановленного масла он на 1 АХ ниже по сравнению с товарным, что указывает на более высокую стабильность восстановленного масла и стойкость его к окислению в процессе эксплуатации.

Рис.12. Динамика изменения щелочного числа исследуемых масел в зависимости от продолжительности работы

уч 4 нвелейЩ! л—с&хаанаи^ол Жря ЪЯХАй

1

Л6С ЛОО г

ЦюЛимап^шлаь раига-

Косвенной оценкой износостойкости сравниваемых масел является концентрация металлов в масле, полученная методом спектографического ; анализа. Динамика изменения концентрации металлов от продолжительности работы

представлена на рис.13.

Рис. 13. Динамика изменения концентрации металлов, от продолжительности работы; 1-1 - железо; 2-2 - свинец; 3-3 -хром; 4-4 - медь; 5-5 -алюминий

По содержанию железа, свинца и алюминия, как основных конструкционных материалов двигателя, восстановленное масло имеет существенные преимущества перед товарным, так как их концентрация в этом масле ниже соответственно в 1,8; 2,6 и 4 раза. Сле- ПроЯавкятешеёяъ т&ты —»■ довательно, и износ по этим материалам ниже при работе узлов трения на восстановленном масле, что подтверждает результаты из-носных испытаний на машине трения.

В главе"Технология и технические средства для восстановления отработанных автотракторных масел" представлена технология восстановления свойств отработанных масел (рис.14).

пки/мое мвежв

Рис.14. Технологическая схема восстановления отработанных

автотракторных масел Суть этой технологии заключается в следующем. Отработанные масла собирают по сортам и далее очищают от механических примесей, воды, легких топливных фракций, что обеспечивают высокоскоростные центробежные аппараты и испарительно-вытяжная система. Затем проводится суперочистка (осветление) масел. При этом используются специальные керамические (углеграфитные) микрофильтры. Далее необходимо произвести оптимизацию показателей очищенных масел до уровня товарного масла. Заключительным этапом предлагаемой технологии является обработка масел ультразвуковыми колебаниями с целью стабилизации свойств. Именно этот Этап обеспечивает получение масел с нужными свойствами, что позволяет использовать их по прямому назначению.

В реальных условиях свойства очищенных масел (вязкость, щелочное число) меняются в довольно широких пределах. В то же время для оптимизации параметров масел на этапе их восстановления необходима оперативная информация по составлению смесей. Для этого была построена номограмма, представленная на рис.15, которая позволяет быстро и точно определять долю того или иного масла в смеси.

Рис. 15.

Ж_й_^и М

Номограмма для определения состава смеси Результаты экспериментальной проверки

разработанной технологии представлены в в табл.4.Их анализ показывает, что разработанная технология обеспечивает процесс восстановления отработанных автотракторных масел до требований, предъявляемых стандартами. При этом наиболее простым и легкореализуемым в условиях с.-х. производства является способ восстановления отработанных масел на основе приготовления смосей из очищенных и товарных масел с последующей обработкой смеси ультразвуковыми колебаниями.

В Глав^\ "Экономическая эффективность использования восстановленных масел" приведены сравнительные расчеты экономических характеристик товарного и восстановленного масел применительно к пункту очистки масел, расположенному в ОПХ "Манычское" Зерног-радского района Ростовской области.

Анализ технико-экономических показателей использования восстановленных масел подтверждает экономическую целесообразность их применения, так как обеспечивается значительный экономический эффект, равный 57-293 тыс.руб. на 1 т переработанного масла (в ценах на 30.10.93г.). Кроме того, повторное использование восстановленных масел обеспечивает экономию до 20-30% товарных масел.

Таблица 4

Результаты реализации технологического процесса по восстановлению свойств отработанного масла МЮГ^

Наш^новашю Шайло ТРажимн очист+Маоло Шасло 1Важиш вое- )Восста-|Режимы ввода!Воссга-

показагелей 1МЮГо 1ки ограбо- 1Ш0Г2 ШКЗГ2 ¡становления 1иовлен-1 присадок в (новлен-

1ограоо-|тайного мас-1очищен-!товар- 1очищенного !ное ¡очищенное 1ноа

1 тайное !ла 1ное 1ное (масла Шасло {масло 1 масло

Кинематическая вязкость при I0CKJ, сСг

Содержание

11,360 Объем очиот- 9,960 11,200 Объем -0,5т ки - 0,8 г

Содержание вода, %

блочное чи< ло, игШуг

Температура вспышки, С

га-

0,034 Частота вращения барабанов центрифуг — т 0,240 ОБОО мин

Давление на 1,820 входе в центрифугу -1,0 кОа

168

Время очиот-. ки - 12 ч.

10,550 Объем очи- 10,460 ценного масла - 0,5 т

0,012 0,015 Состав смеси: 17 % МЮГо

очищенного я 83 h Щ0Г2 отсутствует товарного отоут

0,015 Композиция присадок: " Л-360

•-200А,

1,730 180

Время смеши-5,900 ватт -30 мин.

Время сме-5,400 пшвания -60 мин.

205 Температура 202 Температура

смещивания-90 С

Время обработки ультразвуком (80л)-188 мин.

0,023.1 ч

отоуг. | 6,310 192

смапивания-90 С

Время обработки ультразвуком (80л)-мин.

ОБЩИЕ ВДООДЫ

1. Проведенные исследования подтвердили возможность и целесообразность применения ультразвуковых колебаний для восстановления отработанных масел и стабилизации их свойств.

2. Общий технологический процесс полного восстановления отработанных масел должен включать операции очистки масел в центробежном поле, суперочистки через полупроницаемые мембраны, оптимизации параметров очищенных масел и стабилизации их свойств путем ультразвуковой обработки. Соответственно этому разрабатываются и комплектуются технические средства для восстановления отработанных масел на пунктах очистки,

3. стабильность масел определяется структурой и свойствами углеводородов, являющихся их основой, а также дисперсным составом присадок, находящихся в маслах. При этом дисперсный состав присадок можно изменять, обрабатывая масла ультразвуковыми колебаниями.

4. Дисперсный анализ статических комплексов экспериментальных исследований показал, что воздействие ультразвукового поля на масла позволяет увеличить их стабильность на 8-12%.

5. Оптимальное время обработки масел ультразвуковыми колебаниями при частоте 20,8 кГц и акустической мощности 1,08 кВт составляет для товарного масла 2,24, для очищенного - 2,90 мин./л.

6. Восстановленное масло обеспечивает снижение на 20% коэф-фициентг-этрения, уменьшение температуры в зоне трения на 16%, повышение на 29% стойкости масляной пленю!, увеличение в 2,4 раза противоизнодных свойств для стальных образцов.

7. Производственная проверка восстановленных и товарных масел на хозяйственных тракторах Т-40АМ показала, что в процессе работы до 320 моточасов изменение основных физико-химических показателей масел происходит одинаково по наличия воды, механических примесей, вязкости и температуре вспышки. Однако темп изменения щелочного числа у восстановленного масла на 14% ниже, чем у товарного.

8. Эксплуатационные свойства восстановленных масел не уступают товарным, но имеют повышенную стабильность и обеспечивают, меньший или одинаковый износ деталей двигателя, так как концентрация в них железа, алюминия и свинца ниже соответственно в 1,8; 4,0; 2,6 раза при одинаковой концентрации меди и хрома.

9. Для получения оптимальных параметров очищенных масел наиболее предпочтительным является приготовление смесей из очищенных и товарных масел, т.к. при этом нет необходимости применять в условиях с.-х. производства дефицитные'и дорогостоящие присадки.

10. Установлена зависимость и влияние физико-химических показателей очищенного и товарного масел на состав смеси и' разработана номограмма для определения состава смеси в каждом конкретном случае.

11. На основании выполненных исследований разработано техническое задание на проектирование и изготовлен опытный образец блока ультразвуковой обработки масел. Лабораторные испытания и производственная проверка блока в линии восстановления масел подтвердили целесообразность принятой технологической схемы.

12. Расчетный годовой экономический эффект от замены товарных масел восстановленными без учета дополнительного эффекта от снижения износа узлов трения составляет от 57 до 293 тыс.руб. на тонну восстановленного масла (в ценах на 30.10.93г.). При этом обеспечивается экономия товарных масел до 20-30%.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Камбулов С.И., Бутов Н.П., Пироженко Е.М. Агрегат для сбора и доставки масел// Механизация и электрификация сельского хозяйства.- 1991.- N 7. - С.42.

2. Чупринин Н.И., Бутов Н.П., Ковальков C.B., Камбулов С.И. Осветление масел суперочисткой//Механизация и электрификация сельского хозяйства.-1991.- N 7. - С.43.

3. Бутов Н.П., Камбулов С.И., Лимарев В.Я. Агрегат для сбора отработавших масел//Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1991. - N 10. - С. 33.

4. Бутов Н.П., Камбулов С.И. Методы повышения стабильности автотракторных масел//Производственная и техническая эксплуатация сельскохозяйственной техники в растениеводстве и животноводстве: Сб.науч.тр. /ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград. 1S92. - С.130-134.

5. Бутов Н.П., Ковальков C.B., Камбулов С.И. К оценке проти-воизносньи свойств очищенных отработанных масел и присадок на машине трения 2168 УМТ// Исследование и разработка средств механизации технических процессов в полеводстве: Сб.науч.тр./ВНИПТИМЭСХ.- Зерноград, 1993. -. С. 168-173.

6. Камбулов С.И. Оптимизация параметров очищенных масел// Технологические комплексы, машины и оборудование для механизации производственных процессов в полеводстве: Сб.науч.тр./ВНИПТИ-МЭСХ.- зерноград, 1994. - С.176-184.

7. Камбулов С.И. Влияние ультразвукового поля на трибологи-ческие свойства автотракторных масел// Механизация и электрификация сельского хозяйства.^ 1994. - N 7. - С. 25.

Подписано к печати 2^.05.95. Формат 60x84 1/16. Объем 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ 43- 95. Печатно-множительная группа ВНИПТИМЭСХ