Применяется в парках карьерных дизельных грузовиков, небольших дизельных и бензиновых грузовиков и легковых автомобилей, используемые в неблагоприятных условиях, работающие на высокосернистом топливе и на экологически вредном дизельном топливе.

Прекрасно защищает от износа и сохраняет свои качества при высоких температурах. Обладает прекрасной прокачиваемостью при низких температурах, имеет наивысшие свойства детергентов и дисперсантов, что эффективно препятствует загрязнению двигателя и образованию шлама. Отлично противостоит окислению, надежно защищает от ржавления и коррозионного износа подшипники; имеет высочайшую защиту против образования сажи и абразивных осадков, ухудшающих смазывающие свойства масла; отличные щелочные свойства позволяют нейтрализовать кислотные продукты, образующиеся при сгорании топлива; хорошая устойчивость к образованию пены и насыщению масла мельчайшими пузырьками; Одобрено гарантийными условиями (Product Quality Limited Warranty) [30].

76 T5X Heavy Duty Multigrades

76 T5X Heavy Duty 15W-40 - это высококачественное универсальное моторное масло, которое соответствует требованиям большого ряда производителей дизельных и бензиновых двигателей. Это масло разработано для использования в дорожных дизельных грузовиках, стационарном дизельном оборудовании, сельскохозяйственной технике, автобусах и легких грузовиках, и пригодно для всех режимов эксплуатации. Особенно рекомендуется его использование в дизельных двигателях, работающих с большой нагрузкой. Особая формула масла прекрасно защищает от износа, предотвращает выпадение осадков и отложения сажи, а также не допускает коррозии, как в обычных дизельных двигателях, так и в двигателях, оснащенных системой рециркуляции отработанных газов (EGR).

Масло 76 T5X Heavy Duty SAE15W-40 соответствует всем требованиям стандартов API CI-4 Plus, CI-4, CH-4, CG-4, CF-4, CF, и SL или превосходит их. Оно также соответствует требованиям рабочих параметров стандартов Caterpillar ECF-1, Cummins CES 20078, Mack EO-N Premium Plus (2003), и Volvo VDS-2. Масло обеспечивает эффективную защиту в дизельных двигателях, оснащенных EGR, и даёт возможность увеличить промежуток между сменами масел в обычных, не оснащенных EGR дизельных двигателях.

Отличная защита от износа и устойчивость к воздействию высоких температур; Высокое содержание дисперсантов и детергентов защищает двигатель от шламовых и лаковых отложений; Отличная сопротивляемость окислению; Отлично защищает подшипники от ржавления и коррозии; Отлично защищает от абразивного износа и повышения вязкости масла, вызываемого сажей; Отличные нейтрализующие качества; хорошая сопротивляемость пенообразованию и аэрации.

В управлении автотранспорта используется моторное масло фирм ConocoPhillips марки 76 Т5Х Heavy Duty предназначенное для использования в дорожных дизельных грузовиках. В период применения масла 76 Т5Х Heavy Duty на большегрузной технике УАТ физико-химические показатели при наработке 250 мч ухудшились. Количество элементов износа выросло.

После чего поступило масло марки 76 Guardol QLT. Это масло в первую очередь предназначено для использования в карьерных дизельных автосамосвалах. Отличительные характеристики этого масла:

- прекрасно защищает от износа и сохраняет свойства при высоких температурах;

- отлично противостоит окислению;

- надежно защищает от ржавления и коррозионного износа;

- имеет высочайшую защиту против сажи;

- отличные щелочные свойства позволяют нейтрализовать кислотные продукты при сгорании топлива даже с большим содержанием серы.

Благодаря технологии уникальных химических присадок 76 QLT, это масло обладает дополнительными свойствами, увеличивающими интервалы между сменами масла по сравнению с другими маслами. Данные характеристики масла подтвердились лабораторными анализами. Содержание элементов уменьшилось. Физико-химические параметры улучшились. Т.е. при наработке 250 мч ресурс масла остается высоким. Таким образом, при использовании масла марки 76 Guardol QLT SAE 15W40 увеличится ходимость транспорта, сократится объем масла при замене на ТО и в результате значительно сократится потребление свежего масла.

Таблица 1.5 Ассортимент масел торговой марки TEXACO

Наименование продукта	Соответствие международным классификациям	Кинематическая вязкость при 400 и 1000 С мм2/с	Плотность при 150С, кг/м3	Температура, 0С	Щелочное число, мг КОН/гр, н/м	Зольность сульфатная, %, не более
	SAE	ACEA	API			Вспышки в открытом тигле, не ниже	Застывания не выше
TEXACO
URSA ENERGY	10W30	E5	CH-4		75.0/11.5	146	214	-35	11.6
URSA SUPER TD	15W40 20W50	E3/E5 E3	CH-4 CG-4		105/14.4 159/18.4	137 129	220 224	-39 -33	10.5 10.5
URSA SUPER FE	10W30	D4, PD-2, G4	CF-4/CE/ SG		73.5/11.5	149	214	-36	11.0

URSA SUPER TD 10W-40 и URSA SUPER TD 15W-40

URSA SUPER TD 10W40 - частично синтетическое масло для дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях. Содержит тщательно сбалансированный пакет присадок, включающий вязкостную присадку для увеличения индекса вязкости, что обеспечивает стабильность свойств в течение длительного периода эксплуатации.

Обладает великолепными противопенными, а также детергентно-диспергирующими свойствами, обеспечивающую чистоту поверхностей двигателя даже в тяжелых условиях эксплуатации при условии строгого соблюдения рекомендаций по замене масла.

URSA SUPER TD 15W40 рекомендовано для тяжело-нагруженных дизельных двигателей грузовиков и автобусов, в том числе с турбонаддувом, и/или когда требуется увеличенный интервал замены. Рекомендуемые интервалы замены масла приводятся в руководствах по эксплуатации производителей соответствующего оборудования. URSA SUPER TD 15WW40 отвечает высоким эксплуатационным требованиям к маслам для

бензиновых двигателей в соответствии со спецификацией API SL.

Рекомендованы для тяжело-нагруженных дизельных двигателей грузовиков и автобусов, в том числе оборудованных турбонаддувом, или когда требуется увеличенный интервал замены. Рекомендуемые интервалы замены масла приводятся в руководствах по эксплуатации производителей соответствующего оборудования [31].

Сертифицировано: ACEA E7-704 / E5-502 / A2-296 (3) / A3302 / A3/B3304 / A3/B4404. Лицензировано: API CII4, CHH4, CGG4, CFF4, CF / SLж Global (ACEA / API / JASO) DHDD1. Одобрено: Cummins CES 20076, CES 20077, CES 20078 MACK EOOM PlUS; MAN M3275; MB 228.3, 229.1 MTU Type 2; Renault Truck RLD, RLDD2; Volvo Truck VDSS3. Cоответствует: CAT ECFF1.



1.3 Факторы, влияющие на срок службы и расход моторных масел в процессе эксплуатации

Большегрузные карьерные автосамосвалы в эксплуатации имеют ряд различий, обусловленных ее спецификой. Факторные анализы, представленные в литературных источниках, направлены в первую очередь на эксплуатацию автомобилей в комплексе и среди них нет выделенного направления факторного анализа касающегося расхода моторного масла карьерными автосамосвалами.

Использование топлива и масла, не соответствующих конструктивным особенностям двигателя, неизбежно вызывает их перерасход. Это в первую очередь относится к таким показателям качества топлива, как октановое число и фракционный состав для бензинов, а также цетановое число и фракционный состав для дизельных топлив. Например, работа двигателя на бензине с тяжелым фракционным составом может дать увеличение расхода топлива до 70 % и повысить износ двигателя на 30…40 % [23]. Применение несоответствующих сортов масел приводит к перерасходу не только масла, но и топлива. Использование моторного масла с высокой вязкостью ведет к перерасходу топлива, а с низкой вязкостью - к перерасходу самого масла [18].Главными причинами повышенного расхода моторного масла являются:

* движение автомобиля в тяжелых условиях эксплуатации в течение длительного времени, так как в этом случае большое количество масла попадает в камеру сгорания и сгорает в ней;

* наличие чрезмерного зазора при закрытии клапанов;

* утечки через прокладки картера и уплотнительные кольца коленчатого вала;

* потери, возникающие из-за испарения и зависящие от состава масла;

* использование масла с несоответствующей вязкостью;

* неправильная работа системы управления, так как резкое повышение или понижение скорости автомобиля вызывает сильный выброс отработавших газов во впускной трубе и привлекает большое количество масла в камеру сгорания. Для каждого типа двигателя задается диапазон значений расхода масла в зависимости от его качества (щелочности), и особенно важно при этом техническое состояние двигателя.Отрицательные результаты дает использование топлива и масла, которые не соответствуют климатическим условиям эксплуатации автомобиля. Например, зимой при работе грузового автомобиля, заправленного летними сортами ГСМ, расход топлива при движении за городом по дороге с твердым покрытием оказывается выше на 3…6 %, а при движении в городских условиях - выше на 8…12 % по сравнению с автомобилем, заправленным ГСМ в соответствии с сезоном.

1.3.1 Влияние технического состояния узлов и агрегатов автомобиля и качества их регулировок на экономию горюче-смазочных материалов

Анализ зависимости расхода ГСМ от технического состояния узлов и агрегатов автомобиля показал, что износ деталей влияет на расход топлива в меньшей степени, чем неверная регулировка. Так, износ цилиндропоршневой группы кривошипно-шатунного механизма двигателя до состояния, когда из маслоналивной горловины начинают активно выходить отработавшие газы, приводит к росту расхода топлива на 10…12 %, а нарушение регулировки этого же механизма увеличивает расход топлива на 20…25 %. Но больше всего увеличивается расход топлива при неправильном регулировании тормозных механизмов, ступиц колес, схождении колес, а также при неисправности системы зажигания и систем питания [19].

Так, увеличение скорости прорыва газов в картерное пространство с 15…25 л/мин на новом двигателе до 60…100 л/мин на изношенном двигателе увеличивает расход масла в 2…2,5 раза. В табл. 1.8 показано влияние неисправностей некоторых деталей и узлов на расход топлива и масла.Таким образом, для эффективного использования ГСМ водитель должен обладать определенными знаниями по устройству и эксплуатации автомобиля, а также определенным мастерством вождения, которое заключается:

* в правильной оценке дорожных и климатических условий;

* максимальном использовании экономических режимов работы двигателя;

* знании устройства и работы всех механизмов и систем автомобиля;

* знании причин, вызывающих перерасход топлива и смазочных материалов, и способов их устранения.

Таблица 1.6 Влияние неисправностей деталей и узлов на расход топлива и масла

Неисправность	Увеличение расхода ГСМ, %
	топливо	масло
Неправильная регулировка тормозных механизмов и ступиц колес	10…20	30…50
Неправильное схождение передних колес	5…10	10…15
Пониженное давление воздуха во всех шинах на 0,05 МПа	4…5	4…5
Неточность регулировки клапанов	5…8	15…20
Неисправность экономайзера в карбюраторе	10…15	-
Увеличение пропускной способности главного жиклера карбюратора на 10 %	5…10	-
Засорение воздушного фильтра или трубопровода	4…5	15…29
Отказ в работе одной свечи зажигания в восьмицилиндровом двигателе	15…18	-
Засорение системы вентиляции картера	-	150…200
Неисправность одной форсунки	25…39	-

Влияние техники вождения на расход топлива может изменяться, достигая 20…25 %. Частое торможение увеличивает расход топлива, так как каждый раз водителю приходится форсировать двигатель для очередного разгона, поэтому предпочтителен режим установившегося движения. Также необходимо поддерживать нормальный тепловой режим двигателя, так как и перегрев, и переохлаждение двигателя приводят к перерасходу топлива. Высокие скорости движения, безусловно, вызывают повышенный расход топлива, так как при этом приходится преодолевать сопротивление воздуха, а оно возрастает пропорционально скорости движения. Например, при скорости движения грузового автомобиля 70 км/ч на преодоление сопротивления воздуха затрачивается сила тяги на ведущих колесах в 10 раз большая, чем при скорости 30 км/ч. Но чтобы увеличить силу тяги, надо дополнительно получить тепловую энергию, на которую будет потрачено дополнительное топливо [27].На расход масла в большинстве случаев влияют те же причины, что и на расход топлива. Неслучайно нормы расхода моторного масла поставлены в прямую зависимость от норм расхода топлива. Однако здесь есть и свои особенности. Низкая вязкость моторного масла будет приводить к увеличению расхода топлива, так как оно в большом количестве будет попадать в камеру сгорания и вытекать через неплотности картера. На расход моторного масла большое влияние оказывает и износ цилиндропоршневой группы (поршневых колец, гильз цилиндров, поршней). Причем по этой причине расход масла может возрасти в 2 раза [24].Очень сильно увеличивается расход моторного масла при перегреве и переохлаждении двигателя, а также при неисправной системе вентиляции картера. Особенно большой расход масла возникает при неисправных уплотнениях.Применение несоответствующих моторных масел вызывает увеличение расхода не только самих масел, но и топлива.

Расход масла в двигателе внутреннего сго-рания, происходит вследствие процесса сгорания (расход на угар), и с потерями масла, происходящими из-за негерметичности поддона картера, крышки головки цилиндров и т. д. Нор-мальный расход масла возникает вследствие сгорания не-большого количества в цилиндрах, а также из-за отвода остатков сгорания и частиц продуктов износа. Масло изна-шивается под действием высоких температур и высокого давления, возникающего в цилиндрах двигателя.

Факторы, влияющие на расход моторных масел:

1. Работа транспорта в зимнее и летнее время года и перепады температур

2. Работа в карьерах и горных местностях.

3. Пробег новых и капитально отремонтированных автомобилей в период обкатки.

4. Работа на крутых участках дорог.

5. Работа на дорогах со сложным планом.

6. Возраст подвижного состава.

Эти факторы учитываются в нормативах расхода моторного масла. Помимо этого, имеются факторы, которые необходимо учитывать при нормировании расхода масел в реальных условиях эксплуатации.

1. Температура работы масла.

2. Температура подачи топлива

3. Плотность и разреженность воздуха

4. Суточная наработка двигателя

5. Режим работы двигателя и автосамосвала в целом

6. Степень использования грузоподъемности

В процессе эксплуатации расход масла, который непосредственно связан с расходом топлива определяется в основном их техническим состоянием, организационно-технологическими мероприятиями, условиями эксплуатации и квалификацией водителей.

Первый, второй и четвертый факторы являются управляемыми, т.е. на них могут оказываться непосредственно различные воздействия, ими можно управлять, а на третий (условия эксплуатации) - возможность воздействия ограниченна.

Управляемые факторы	Неуправляемые факторы
Техническое состояние автомобиля	Организационно-технологические мероприятия	Квалификация водителя	Дорожные и климатические условия	Сезонность

Наиболее значимым из них является техническое состояние автомобиля, второе место занимает организационно-технические мероприятия (выполнение установленных технических воздействий и т.д.). На третьем месте находятся условия эксплуатации автомобилей и на четвертом - квалификация водителей [8].

В свою очередь каждый из перечисленных факторов зависит от целого ряда подфакторов. (рис1.4).

Рис. 1.4 Структурно-следственная схема причин влияющих на расход топлива и смазочных материалов автомобилей:

Выводы по главе

В процессе проведения обзора и анализа условий эксплуатации были рассмотрены и описаны различные факторы в результате которых было определено, что для обеспечения конкурентоспособности и повышения эффективности эксплуатации карьерных автосамосвалов по сравнению с другими горнотранспортными машинами, полной реализации их потенциальных возможностей необходимо постоянно оптимизировать транспортную систему «водитель - автосамосвал - дорога - среда».

Для выбора масла требуемого качества для конкретного типа двигателя и условий эксплуатации, были созданы системы классификации.

Назначение и уровни качества являются основой ассортимента масел. Ввиду некоторого различия в конструкциях и условиях эксплуатации, в настоящее время одновременно существуют несколько систем классификации моторных масел API, ILSAC, JASO, ACEA и SAE [32].

При проведении качественного анализа современного ассортимента моторных масел были рассмотрены марки ведущих мировых производителей моторных масел, а также после проведения отбора были подробно описаны марки и предъявляемые требования к эксплуатационным показателям моторных масел, предназначенных для использования в тяжело-нагруженной карьерной технике. Рассмотрена классификация и предъявляемые требования по таким мировым стандартам как SAE, API, ILSAC, JASO, ACEA.



II ГЛАВА. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1 Основные эксплуатационные свойства моторных масел

Эксплуатационное свойство - свойство нефтепродукта, проявляющееся при производстве, транспортировании, хранении, испытании применении и характеризующее совокупность однородных явлений при этих процессах.

ГОСТ 26098-84 установлены следующие эксплуатационные свойства нефтепродуктов: прокачиваемость, испаряемость, воспламеняемость, горючесть, склонность к отложениям, совместимость, консервационное, противоизносное, антифрикционное, охлаждающее свойство, сохраняемость, токсичность [19].

Каждое эксплуатационное свойство для конкретного вида нефтепродукта характеризуется набором определенных показателей качества. Эксплуатационные свойства и показатели качества образуют систему показателей качества (таблица 2.1). Рациональное применение моторного масла возможно лишь при условии соответствия величины показателей качества требованию стандарта. Поэтому величина показателей качества для моторных масел утверждается государственным стандартом ГОСТ 8581-78 «Масла моторные для автотракторных дизелей. Технические условия» и ГОСТ 10541-78 «Масла моторные универсальные и для автомобильных карбюраторных двигателей. Технические условия». При несоответствии величины показателей качества требованию стандарта применение моторного масла запрещается, так как его применение нерационально вследствие быстрого выхода техники из строя.



Таблица 2.1 Система показателей качества моторных масел

Наименование эксплуатационных свойств	Наименование показателей качества
1. Прокачиваемость	Массовая доля механических примесей, массовая доля воды, степень чистоты, вспениваемость, плотность, температура застывания.
2. Антифрикционное	Кинематическая вязкость, динамическая вязкость при отрицательных температурах, индекс вязкости.
3. Противоизносное	Показатель износа, критическая нагрузка заедания, нагрузка сваривания, индекс задира, массовая доля активных элементов противоизносных и противозадирных присадок, износ на установке, противопиттинговая способность на установке СКТ-НАМИ.
4. Склонность к отложениям	Индукционный период осадкообразования, количество отложений на установке НАМИ-1, коксуемость, моющий потенциал, щелочное число, зольность, моющая способность на установке ПЗВ, количество высокотемпературных отложений на приборе «наклонная плита», УКМ-1.
5. Испаряемость	Потери от испарения.
6. Воспламеняемость	Температура вспышки, температура самовоспламенения.
7. Совместимость	Совместимость с маслами, число деэмульсации, изменение массы, объема и предела прочности резины.
8. Консервационное	Защитная способность масла в условиях периодической конденсации влаги, защитная способность масла в среде электролита, защитная способность масла в среде HBr, защитная способность масла в дистиллированной воде, коррозионная активность масла в приборе ДК-НАМИ, коррозионная активность масла в двигателе ЯАЗ-204, кислотное число, коррозионные потери металлов.
9. Сохраняемость	Стабильность состава, средний срок сохраняемости, стабильность вязкости, цвет.
10. Токсичность	Предельно допустимая концентрация паров масла в воздухе, класс токсичности.

Прокачиваемость - эксплуатационное свойство, характеризующее прокачку нефтепродукта через трубопроводы, фильтры, сепараторы, отверстия и зазоры. Прокачиваемость моторных масел характеризуется величиной следующих показателей качества: массовой долей воды, массовой долей механических примесей, степенью чистоты, вспениваемостью, плотностью и температурой застывания (таблица 2.1).

Массовая доля воды - показатель качества, указывающий наличие воды в моторном масле в процентах от ее массы. Наличие воды в моторном масле в виде эмульсии, жидкого осадка или инея не допускается. Вода в масло поступает в результате конденсации ее паров, которые образуются при сгорании водорода, содержащегося в топливе. При сгорании 1 кг топлива образуется 1,2 кг паров воды, которые прорываются в картер вместе с другими продуктами сгорания топлива. Вода в масло попадает из атмосферы вместе с воздухом, например, вследствие понижения уровня масла при заполнении им системы смазки при пуске двигателя. Вода попадает в масло даже при неработающем двигателе. Днем температура воздуха в поддоне в объеме над маслом выше, чем ночью. Поэтому ночью, при снижении температуры, вода в объеме над маслом переходит из парообразного состояния в жидкость.

Массовая доля механических примесей - показатель качества, указывающий наличие массы механических примесей в масле в процентах. Наличие механических примесей в масле недопустимо.

Механические примеси поступают в масло из воздуха за счет изменения его температуры в поддоне в течение суток при неработающем двигателе или при понижении уровня масла в период пуска двигателя. Механические примеси забивают отверстия системы смазки, что ухудшает прокачиваемость масла и способствует быстрому выходу двигателя из строя.

Плотность моторного масла - показатель качества, указывающий массу нефтепродукта в единице объема.

Плотность масла характеризует его состав. Если плотность масла не соответствует стандарту, то в нем содержатся тяжелые углеводороды с высокой температурой застывания. При пуске двигателя прокачиваемость масла снижается, особенно зимой, что может привести к выходу двигателя из строя.

Вязкость - это объемное свойство масла оказывать сопротивление при течении. Кинематическая вязкость масла каждой марки должна находиться в определенных пределах. Если вязкость масла меньше требования стандарта, то толщина масляной пленки становится соизмеримой с высотой шероховатости поверхностей трения, что увеличивает силу трения между ними. Если кинематическая вязкость масла выше требования стандарта, то возрастает сила трения в самой масляной пленке, что также увеличивает силу трения.

Индекс вязкости (ИВ) - безразмерная величина, характеризующая по стандартной шкале изменение вязкости масла в зависимости от температуры. Высокий индекс вязкости указывает на сравнительно незначительное изменение вязкости от температуры. Малый индекс вязкости масла указывает на резкое увеличение вязкости при понижении его температуры. Резкое возрастание вязкости при понижении температуры, например, при пуске двигателя и его прогреве после пуска, увеличивает силы трения в двигателе, что ухудшает его пусковые качества и увеличивает расход топлива.

Противоизносные свойства.

Эти свойства заключаются в способности смазочных материалов снижать процесс изнашивания трущихся деталей за счет образования на них граничного слоя, препятствующего непосредственному контакту трущихся поверхностей. Изнашивание деталей происходит в результате механического, абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического и окислительного воздействия на трущиеся поверхности и отделения материала с поверхности твердого тела при трении с постепенным изменением размеров и форм тела.

Сила трения между поверхностями трения зависит от их шероховатости, свойств материала, покрытия и других факторов. Чем ровнее поверхности трения, тем меньше механическое и тем больше молекулярное трение, и наоборот.

Индексом задира характеризуется интенсивностью износа от начала и до сваривания и зависит от способности смазочного материала уменьшить износ.

Склонность к отложениям.

Щелочность и кислотность масел. Очищенное минеральное масло является нейтральным. Для нейтрализации кислот, образующихся во время работы при сгорании сернистого дизельного топлива или окисления углеводородных молекул масла, в моторные масла добавляют щелочные присадки. Обычно эту задачу выполняют моющие и диспергирующие присадки - детергенты (поверхностно активные вещества). Чем больше щелочность масла, тем больше его рабочий ресурс. Поэтому для моторных и трансмиссионных масел в качестве эксплуатационного показателя указывается общее щелочное число. В некоторые масла добавляют активные сернистые присадки, которые имеют слабую кислотную реакцию. В связи с этим, в качестве показателя химических свойств, указывается общее кислотное число. Этот показатель иногда определяется и при анализе работающего или отработанного масла как показатель степени окисления масла и накопления кислых продуктов сгорания топлива.

Общее щелочное число показывает общую щелочность масла, включая вносимую моющими и диспергирующими присадками, которые обладают щелочными свойствами. Общее щелочное число выражается через количество гидрооксида калия (КОН) в мг, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, находящихся в 1 г масла (мг КОН/г). Моторное масло должно обладать определенной щелочностью для сохранения моющих свойств, способности к нейтрализации кислот и подавления процессов коррозии. Чем больше щелочное число, тем больше количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива, может быть переведено в нейтральное соединение.

Зольность - это количество золы, образующееся при сгорании масла. Чистое свежее масло без присадок должно сгорать без остатка. Образование золы из масла без присадок является показателем его засоренности.

Сульфатная зольность - это показатель содержания присадок, в основном органических соединений металлов. Золу составляют продукты окисления органических соединений металлов - окиси (например ВаО, СаО, MgO) и сульфаты металлов (BaSO4, CaSO4, MgSO4). Сульфатная зольность является прямым показателем количества присадок в масле, поэтому присутствие присадок проверяется именно по сульфатной зольности. Довольно высокая сульфатная зольность моторных масел в основном обусловлена наличием в их составе моющих присадок, содержащих металлы. Эти присадки необходимы для предотвращения отложений на поршнях и придания маслам способности нейтрализовать кислоты.

Химический состав масла. Качество масла, в значительной степени зависит от его группового химического состава, т.е. от соотношения парафинов, ароматических соединений и нафтенов. При оценке качества масла и присвоении категории качества, химический состав масла не определяется, так как многие свойства масла существенно улучшаются введением соответствующих присадок. В описаниях масла производители указывают основной класс соединений, так как они характеризуют некоторые общие эксплуатационные свойства [33].

Испаряемость - улетучивание легких фракций во время работы двигателя, вследствие высокой температуры.

Воспламеняемость - эксплуатационное свойство, характеризующее пожаро- взрывоопасность смеси паров нефтепродукта с воздухом.

При производстве, транспортировании, хранении, испытании и применении нефтепродуктов их пары образуют с воздухом смеси, которые могут воспламениться и привести к пожару либо к взрыву.

Воспламеняемость моторных масел оценивают по следующим показателям качества:

Температура вспышки - минимальная температура, при которой происходит кратковременное воспламенение паров нефтепродукта от пламени в условиях испытания.

Температура воспламенения - температура, при которой нефтепродукт, нагреваемый в условиях испытания, загорается и горит не менее 5 с.

Температура самовоспламенения - температура возгорания паров нефтепродукта без контакта с пламенем в условиях испытания.

Температура вспышки в открытом тигле может быть использована для определения присутствия в масле примесей бензина или дизельного топлива.

Различают конструкционную и функциональную совместимость масел.

Конструкционная совместимость - эксплуатационное свойство, характеризующее воздействие нефтепродукта на конструкционные материалы. Низкая конструктивная совместимость моторных масел приводит к изменению массы, объема и пределу прочности резины.

Функциональная совместимость - эксплуатационное свойство, определяющее способность двух и более масел сохранять эксплуатационные свойства при смешении.

При эксплуатации двигателя часть масла расходуется на испарение и угар, что вызывает необходимость его пополнения до первоначального объема. Доливаемое масло может быть изготовлено по другой технологии, на другой нефтяной основе, содержать другой комплект присадок или быть другой марки. При смешивании масел может произойти их расслоение из-за того, что для их приготовления были взяты различные основы с различной плотностью. Если масла содержат различные пакеты присадок, то может произойти химическое взаимодействие между присадками. Новые соединения, возникшие в результате такой реакции, выпадают в осадок, забивают систему смазки, прокачиваемость масла ухудшается, что приводит к быстрому износу двигателя либо к заклиниванию коленчатого вала. Поэтому, прежде чем осуществлять долив масла, необходимо проверить масла на совместимость. Сущность проверки масел на совместимость состоит в имитации условий работы масла в двигателе в течение смены: их смешивании, нагреве до 100⁰С и последующем охлаждении до температуры внешней среды [34].

2.2 Методы оценки физико-химических и эксплуатационных показателей качества моторных масел

Масло омывает все элементы системы и при этом создает условия не только для оптимального функционирования поверхностей трения, но и воспринимает, аккумулирует и потенциально сохраняет информацию о фактическом состоянии смазываемого объекта. Проба масла, взятая из картера механизма, способна дать представление о состоянии объекта в целом. Потому диагностика механизмов по параметрам работающего масла в сравнении с любым другим ее видом дает наилучшие результаты, как по достоверности, так и по спектру одновременно контролируемых показателей их состояния, имеющих разную природу явлений. Картерное масло дизеля, накапливая в процессе работы продукты износа и неполного сгорания топлива, термического разложения масла, атмосферную пыль, проникшую в картер воду и другие примеси, содержит большой объем полезной информации о техническом состоянии тех деталей, которые определяют ресурс механизма и о состоянии дизеля в целом. Анализ физико-химических показателей масла позволяет расшифровать эту информацию и сделать выводы о работе дизеля, его состоянии, дефектах и неисправностях.

Рассматриваемые методы контроля можно разделить на два основных класса:

1) диагностирование по физико-химическим показателям качества смазочного масла

2) диагностирование по параметрам частиц износа в смазочном масле и фильтрах.

Каждый из них характеризуется специфическими способами контроля, средствами и перечнем диагностических и структурных параметров [9].

Физико-химические свойства работающего масла оценивают по предельным значениям комплекса единичных показателей его качества. Для оценки качества работающих моторных масел наиболее часто используют следующие показатели: концентрация охлаждающей жидкости и топлива в масле, диспергирующе-стабилизирующие свойства.

При анализе качества масла его признают работоспособным в том случае, когда значения всех показателей находятся в допускаемых пределах. В противном случае, масло считается непригодным для дальнейшего использования.

Плотность это масса вещества, заключенная в единице объема (кг/м3, г/см3), достаточно просто и точно измеряется ареометром (ГОСТ 3900).

Механические загрязнения в масле определяются чаще всего путем фильтрования бензинового раствора (ГОСТ 12275-66) или фотометрически.

Вода в масле определяется несколькими способами: способом отстаивания в пробирке - вода оседает в нижнем слое (ГОСТ 2477-65, ISO 3733); нагреванием его в пробирке до 105-120° С (ГОСТ 1547-84) или диэлектрическим методом путем измерения диэлектрической проницаемости (ГОСТ 14203-69). При нагревании масла в пробирке, в случае наличия воды, образуется пена, масло потрескивает и пробирка вибрирует [9].

Температура застывания - температура, при которой масло не течет под действием силы тяжести, т.е. теряет способность течь. Масло в пробирке помещается в термостат, где после достижении им заданной температуры пробирку наклоняют на 45 градусов, и через минуту наблюдают сдвиг уровня, который свидетельствует о затвердевании масла (ГОСТ 20287). Температура застывания должна быть на 3-5° С ниже той температуры, при которой масло должно обеспечивать прокачиваемость. В большинстве случаев моторные масла застывают из-за выпадения кристаллов парафинов. Требуемая нормативной документацией температура застывания достигается депарафинизацией базовых компонентов или введением в состав депрессорных присадок (полиметилакрилаты, алкилнафталины и т.д.)

Кинематическая вязкость определяется при помощи стеклянного капиллярного вискозиметра при температуре 40 и 100° С. Она измеряется в термостате, в котором поддерживается заданная температура. При заданной температуре измеряется время прохождения маслом известного объема вискозиметра. Единицы измерения вязкости - стокс (St) или сантистокс (cST, 1 cSt=1 ммІ/с ), которая рассчитывается по формуле.

Динамическая вязкость определяется при различных градиентах скорости сдвига в ротационных вискозиметрах разной конструкции, которые имитируют реальные условия работы масла. Максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая пуск холодного двигателя, определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (ASTM D 5210Ц401).

Таблица 2.2 Степени вязкости SAE для моторных масел (SAE J300 APR97)



Рис. 2.1 Зависимость вязкости моторного масла от температуры (сезонные SAE 10W и SAE 40 и всесезонного SAE 10W40) [23].

Смазывающие свойства. При испытании на четырехшариковой машине определяют противоизносные свойства смазочного материала в состоянии граничной смазкой (контакт металлических поверхностей). Три стальных шарика закрепляются неподвижно вместе, чтобы сформировать платформу, над которой по вертикальной оси вращается четвертый шарик. Нижние шарики погружены в масляный образец, испытание проводится при заданной нагрузке, при определенной скорости и температуре. По истечении времени испытания, измеряется средний диаметр пятна износа на трех нижних шариках. В течение испытания увеличивают нагрузку каждые 10 минут, до такой нагрузки, при которой признаки трения указывают на начальное заедание (критическая нагрузка). Индекс задира измеряется в конце испытания, для всех 10-минутных интервалов [10].

Сульфатная зольность является показателем количества присадок в масле, поэтому присутствие присадок проверяется именно так. Масло нагревается до образования твердого углеродистого осадка, который обрабатывается серной кислотой для превращения окисей металлов в сульфаты. Затем сульфаты прокаливаются в муфельной печи при температуре 775°С до образования сульфатной золы. Сульфатная зольность для автомобильных масел определяется по стандартам ASTM D 874, ГОСТ 12417-73 или DIN 51 575 и выражается в процентах от начальной массы масла. В моторных маслах для бензиновых двигателей она не должна превышать 1,5%, для дизельных двигателей 1,8-2,0%.

Щелочность и кислотность масел выражается через количество в (мг) гидроокиси калия (КОН), эквивалентное содержанию всех видов щелочей в 1г масла или необходимое для нейтрализации всех кислот в 1 г масла и для щелочности, и для кислотности дименсия та же самая (мг КОН/1г масла).

Для определения кислотности проводится титрирование гидроокисью калия (КОН), а для определения щелочности - соляной кислотой (HCl). В настоящее время, для этих целей чаще используют метод потенциометрического титрирования.

Моторное масло должно обладать определенной щелочностью для сохранения моющих свойств, способности к нейтрализации кислот и подавления процессов коррозии. При работе масла в двигателе щелочное число неизбежно снижается, нейтрализующие присадки срабатываются. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим работоспособность [9].

Щелочное число масла определяется потенциометрическим титрированием соляной кислотой по стандартам ASTM D 664, ГОСТ 11362-96, ISO 6619-88.

Температура вспышки - определяется двумя методами: в открытом и закрытом тигле. Чаще всего применяется метод открытого тигля для определения которого имеется специальный прибор. Тигель, в который наливается масло подогревают при этом за 1 минуту температура масла не должна подниматься больше чем на 2 градуса. Затем над тиглем проводят зажженным фитилем и фиксируют температуру, если масло вспыхивает и гаснет, но не горит что и свидетельствует о достижении заданной температуры.

Моюще-диспергирующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Кроме концентрации моюще-диспергирующих присадок на чистоту двигателя существенно влияет эффективность используемых присадок, их правильное сочетание с другими компонентами композиции, а также приемистость базового масла. В композициях масел в качестве моющих присадок используют сульфонаты, алкилфеноляты, алкилсалицилаты и фосфонаты кальция или магния механизм действия моющих присадок объясняют их адсорбцией на поверхности нерастворимых в масле частиц. В результате на каждой частице образуется оболочка из обращенных в объем масла углеводородных радикалов. Она препятствует коагуляции частиц загрязнений, их соприкосновению друг с другом. Полярные молекулы присадок образуют двойной электрический слой, придающий одноименные заряды частицам, на которых они адсорбировались. Благодаря этому частицы отталкиваются и вероятность их объединения уменьшается.

Моющие свойства моторных масел в лабораторных условиях определяют на модельной установке ПЗВ, представляющей собой малоразмерный одноцилиндровый двигатель с электроприводом и электронагревателями. Стендовые моторные испытания для оценки моющих свойств проводят либо в полноразмерных двигателях, либо в одноцилиндровых моторных установках по стандартным методикам. Критериями оценки моющих свойств служит чистота поршня, масляных фильтров, роторов центрифуг, подвижность поршневых колец [10].

Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью не представляется возможным. Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках масла на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами (поршень, цилиндр, поршневые кольца, направляющие и стебли клапанов). В объеме масло окисляется менее интенсивно, так как в поддоне картера, радиаторе, маслопроводах температура ниже и поверхность контакта масла с окисляющей газовой средой меньше. Во внутренних полостях двигателя, заполненных масляным туманом, окисление более интенсивно.

На скорость и глубину окислительных процессов значительно влияют попадающие в масло продукты неполного сгорания топлива. Они проникают в масло вместе с газами, прорывающимися из надпоршневого пространства в картер. Ускоряют окисление масла частицы металлов и загрязнений неорганического происхождения, которые накапливаются в масле в результате изнашивания деталей двигателя.

Стойкость моторных масел к окислению повышают введением в их состав антиокислительных присадок. В качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил- и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают также антикоррозионные и противоизносные свойства. Их часто комбинируют друг с другом и с беззольными антиокислителями.

В стандартах и технических условиях на моторные масла их стойкость к окислению косвенно характеризуется индукционным периодом осадкообразования (окисление по методу ГОСТ 11063-77 при 200 °С). При моторных испытаниях антиокислительные свойства масел оценивают по увеличению их вязкости за время работы в двигателе установки ИКМ (ГОСТ 20457-75) или Petter W-1 [36].

Антикоррозионные свойства моторных масел зависят от состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок и деактиваторов металлов.

Антикоррозионные присадки защищают антифрикционные материалы (свинцовистую бронзу), образуя на их поверхности прочную защитную пленку. Антиокислители препятствуют образованию агрессивных кислот.

В лабораторных условиях антикоррозионные свойства моторных масел оценивают по методу ГОСТ 20502-75 по потере массы свинцовых пластин за 10 или 25 ч испытания при температуре 140 °С. При моторных испытаниях антикоррозионные свойства масел оценивают по потере массы вкладышей шатунных подшипников полноразмерных двигателей или одноцилиндровых установок ИКМ или Petter W-1, а также по состоянию их поверхностей трения (цвет, натиры, следы коррозии).

Химический состав примесей в масле определяется инструментальными и лабораторными методами количественного анализа. К инструментальным методам относятся полярографический, спектральный, нейтронной активации, феррографии и другие.

Полярографический анализ основан на электролизе растворенного в кислоте зольного остатка, образованного после сжигания пробы масла. Анализ полярограмм, построенных в координатах «напряжение-сила тока», количественно характеризует содержание веществ в масле [28].

Спектральный эмиссионный анализ проводят непосредственно на загрязненном масле или исследуют золу после его сжигания. По полученным спектрам делают вывод о количественном составе загрязнений. Здесь возможно применение ИК-спектроскопии обнаруживающей продукты окисления, соли карбоновых кислот, сульфаты и неорганические нитраты.

Элементный анализ ИСП способен обнаружить до 24 элементов металлов, измеряя частицы с размером меньше, чем 5 микронов, которые могут присутствовать в отработанном масле, в результате износа, загрязнения или добавок. Металлы износа включают железо, хром, никель, алюминий, медь, свинец, олово, кадмий, серебро, титан и ванадий. Элементы загрязнений включают кремний, натрий, и калий. Металлы, образующиеся в результате действия нескольких источников, включают молибден, сурьму, марганец, и литий. Элементы присадок - это борат магния, кальций, барий, фосфор и цинк. Элементный анализ способствует определению типа и интенсивности износа, происходящего внутри оборудования [17]. Источники:

· Металлы, образующиеся в результате износа

· Металлы, образующиеся в результате загрязнения

· Металлы, образующиеся в результате действия нескольких источников

· Металлы, выделяющиеся из присадок

2.3 Исследование изменений свойств моторных масел в процессе эксплуатации

Масло при эксплуатации подвергается внешним воздействиям в присутствии контактирующих материалов (металлы, полимеры, вода, воздух, кислоты), многие из которых являются катализаторами химических процессов, ускоряющих его старение.

В результате внешних воздействий происходит комплекс физико-химических изменений, которые можно разделить на четыре группы.

1. Изменения физического характера - испарение компонентов масла, накопление продуктов изнашивания, растворение газов, воды и компонентов эластомеров, изменение количественного состава присадок за счет образования сорбционных пленок на поверхностях трения.

2. Изменения химического характера - окисление углеводородов базового масла, реакции гидролиза базового масла и присадок вследствие присутствия воды и водных растворов, реакции ацидолиза при наличии карбоновых кислот, реакции присадок с металлами и другие процессы.

3. Изменения механохимичеекого характера - связанные с процессами трения, перемешиванием, трибохимическими процессами на поверхностях трения, а также стимулирующим влиянием механических воздействий на химические реакции.

4. Изменения, вызванные влиянием продуктов неполного сгорания топлив при работе двигателей внутреннего сгорания, окислов азота, серы и углерода.



Таблица 2.3 Воздействия влияющие на срок службы масел [37].

С целью исследования изменений свойств моторных масел Shell Rimula и 76 Heavy Duty применяемых на большегрузных карьерных автосамосвалах БелАЗ 7513 и CAT 785В были проанализированы результаты важнейших физико-химических показателей.

Вязкость один из основных браковочных показателей, изменение которого более чем на 20% по сравнению с исходным значением означает переход в другую группу вязкости по SAE.

Динамика изменения кинематической вязкости масла Shell Rimula и 76Heavy Duty в зависимости от наработки самосвала показана на графиках.

В ходе проведения анализа вязкость моторного масла оставалась в пределах нормы и по своим предельным значениям имеет запас качества. При сравнении было выявлено отсутствие отличия вязкости обоих видов масел.

Общее щелочное число - показатель запаса нейтрализующей способности масла, а также его моющей и диспергирующей способности. Для оценки моторного масла важно знать первоначальное значение этого показателя, а также скорость потери уровня щелочности.

Динамика изменения щелочного числа масла Shell Rimula и 76Heavy Duty в зависимости от наработки самосвала показана на графиках.

Падение уровня щелочности от первоначального значения составило 25% при браковочном значении 55%. Пологий характер изменения уровня щелочности моторного масла с учетом его долива на угар в процессе эксплуатации позволяет сделать прогноз о возможности обеспечения срока его службы до 350 моточасов наработки.

Температура вспышки является показателем пожароопасности масла. При быстром испарении легких фракций происходит увеличение масла на угар вследствие уменьшения уровня масла. Но в случае разбавления масла топливом будет заметно резкое снижение температуры вспышки.

Температура вспышки при наработке 350 мч выше браковочного значения 190°С, однако, в самосвалах CAT 785B заметно падение значения до 188°С при наработке 350 мч. Продление интервала смены масла с 250мч до 350 мч возможно только после проведения анализа масла при наработке 250 мч, также рекомендуется проверка топливной аппаратуры в данных самосвалах.

Массовая доля металлов износа, накопленных в масле. Эффективность работы моторного масла подтверждается низким темпом износа двигателей, определяемого по массовой доле металлов износа, накопленных в масле.

Об интенсивности износа цилиндро-поршневой группы двигателя говорит наличие железа в моторном масле.

Концентрация содержания железа в масле 76Heavy Duty более высокая, чем в масле Shell Rimula. После 250мч наработки двигателя содержание железа в масле Rimula составило 4-7 РРМ, в то время как в Heavy Duty -14-20 PPM (увеличение на 28-35%).

Об интенсивности износа поршневых колец, гильзы цилиндра, выпускных клапанов, покрытия вала можно судить по содержанию частиц хрома в моторном масле.

Концентрация содержания хрома находится на низком уровне и составляет 0,5-0,7 г/т при наработке двигателя 350 мч.

Об интенсивности износа шатунных подшипников и подшипников коленчатого вала, втулок из латуни и бронзы (встречается также олово и/или свинец и цинк), трубопроводе масляного радиатора можно судить по содержанию частиц меди в моторном масле.

Концентрация содержания меди находится в пределах допустимого, но в моторных маслах 76 Heavy Duty наблюдается явно повышенное содержание, по сравнению с маслом Shell Rimula, что также может свидетельствовать о необходимости увеличении противоизносных свойств масла Heavy Duty для использования в двигателях CAT 3512.

Возможными источниками износа при высокой концентрации содержания алюминия в масле могут быть поршни, нажимные подшипники сцепления, подшипники турбин, подшипники коленчатого вала и шатунные для гусеничных двигателей.

В обеих марках масла концентрация содержания алюминия остается стабильной, и как видно из графика в двигателях автосамосвалов БелАЗ 7513 моторное масло Heavy Duty показало низкое содержание износа данного элемента.

...