Старение моторных масел при эксплуатации строительных машин

Коваль Р.М., студент

Научный руководитель – профессор, д.т.н Е.С. Венцель

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

В отличие от других элементов, составляющих строительные машины, смазочное масло двигателей внутреннего сгорания менее стабильно по своим свойствам. Поэтому со временем эксплуатации оно стареет. Старение масла представляет собой совокупность различных процессов, приводящих к изменению физических и химических его свойств при применении, а также при хранении. В результате старениямасла изменяются его эксплуатационные свойства.

В процессе эксплуатации моторные масла окисляются, в них накапливаются механические примеси (частицы износа, пыли и вода, топливо), изменяется их вязкость и срабатываются присадки.

Окисление масла связано с нестабильностью входящих в него углеводородов и стимулируется высокими температурами, а также контактом с металлами (особенно цветными).

Наиболее вредными продуктами окисления с точки зрения эксплуатации машин являются оксикислоты и асфальтены, так как они, будучи нерастворимыми в масле и обладая липкостью, прочно удерживаются на металле, забивая зазоры, канавки для поршневых колец двигателей и т.п.

Экспериментально установлено, что наиболее интенсивно продукты окисления накапливаются в начальный период работы масла, то есть тогда, когда в нем максимально возможное количество нестабильных

углеводородов. Затем процесс окисления квазистабилизируется, что объясняется насыщением углеводородов группами СООН, ОН и др., а также действием антиокислительных присадок.

Источниками и причинами загрязнений масел примесями

неорганического происхождения (частицами износа и пыли) являются:

- попадание в масло пыли из атмосферы через воздушный фильтр двигателя;

- образование нерастворимых продуктов в результате коррозии конструкционных металлов;

- налив масел в плохо очищенные емкости, перекачка по грязным трубопроводам;

- использование уже загрязненных при хранении и транспортировке масел, а также случайных емкостей;

- генерирование в масло продуктов износа узлов трения;

- попадание в масло загрязнений, оставшихся после изготовления и ремонта машин (песок, пыль, окалина от сварки, стружка, притирочная паста и т.п.) [1–4].

Механические примеси неорганического происхождения составляют 75….85 % [1, 4], а органическая часть обычно не превышает 25 % общей загрязненности масел [3]. При этом неорганическая составляющая загрязнений состоит из частиц износа, кварца, полевых шпатов и оксидов металлов [1, 3].

Закономерности накопления в масле механических примесей следующие: в начальный период эксплуатации идет бурный рост концентрации по экспоненциальному закону, затем процесс квазистабилизируется на определенном уровне [3]. Причинами стабилизации являются наличие средств очистки и систематическая доливка свежего масла из-за угара и утечек.

Частицы загрязнений неорганического происхождения имеют, как правило, очень высокую твердость. Например, твердость двуокиси кремния SiO₂ составляет в среднем – 11200 МПа, оксида алюминия – 21900 МПа. Твердость других абразивных частиц изнашивания по данным [1, 3] составляет в среднем 9800 МПа, кварца – 7 ед. по шкале Мооса, полевых

шпатов – 6…..6,5 ед. [1, 3], что значительно превышает твердость рабочих поверхностей большинства трущихся деталей машин.

Авторы работ [1 – 4] отмечают, что частицы загрязнений в маслах при эксплуатации вызывают следующие негативные явления:

- интенсивное абразивное изнашивание (особенно опасны в этом отношении кварцевые частицы пыли);

- повышенное окисление масла, а следовательно, увеличение его вязкости за счет генерирования загрязнений органического происхождения;

- гидроэрозионное изнашивание кромок клапанов и их седел в результате непрерывной бомбардировки их частицами загрязнений, движущихся со скоростью до нескольких сотен метров в секунду;

- разрыв м асляной пленки и связанное с этим ухудшение режима смазки;

- засорение фильтроэлементов, заращивание масляных сверлений в коленчатых валах.

По данным, приведенным в [1, 2], степень загрязненности моторных масел для строительных машин, работающих в условиях необычайно высокой запыленности, может доходить до 3 % по массе.

К процессам, сопровождающим старение моторных масел, относится также загрязнение их водой и топливом.

Причиной обводнения масел является конденсация водяных паров, являющихся продуктами сгорания топлива в двигателях. Кроме того, вода проникает в масло через различные неплотности системы охлаждения.

Отрицательным последствием воздействия воды являются интенсификация окисления масла и скорости срабатывания в нем присадок

(последние выпадают в осадок). Кроме того, вода снижает вязкость, а следовательно ухудшает смазывающие свойства масла из-за уменьшения несущей способности масляного слоя при гидродинамическом режиме смазки и нарушения сплошности масляной пленки.

Особенно отрицательно влияет масло содержащее воду, на работу

подшипников скольжения коленчатого вала двигателя, что выражается в увеличении износа и кавитационном разрушении рабочей поверхности [1, 3].
По данным [1] обводнение масла до 10 % повышает скорость изнашивания
в 1,8…2,3 раза.

Разжижение моторного масла топливом объясняется неполным его сгоранием, а также тем, что работа двигателей часто происходит на переходных режимах, когда имеет место увеличение нестабильной работы топливной аппаратуры и агрегатов газотурбинного наддува, нарушениями и резкими изменениями температурного режима (прежде всего деталей цилиндро-поршневой группы). Это приводит к ухудшению качества распыливания топлива, а следовательно, к нарушению нормального протекания рабочего процесса в цилиндрах. В результате этого несгоревшее топливо осаждается на стенках цилиндров и стекает в картер.

Как известно, в большинство современных моторных масел для улучшения их свойств добавляют легирующие присадки (антиокислительные, противоизносные и др.) или композиции присадок. Это позволяет значительно улучшить качество масел и увеличить износостойкость узлов трения. Однако, со временем концентрация присадок в маслах снижается, что объясняется следующими причинами:

- срабатываемость вследствие потери активных компонентов присадки, действие которых основано на создании в зоне трения химических соединений с материалом смазываемых поверхностей;

- разложение присадок в масле под влиянием высокой температуры, наличие в масле воды;

- деструкция полимерных присадок, которая наблюдается в загущающих, депрессорных и других присадках;

- выпадение присадок в осадок;

- абсорбция присадок на деталях двигателя, без промежутка, фильтроэлементах и частицах загрязнений [1, 3].

Присадки антиокислительного типа (ингибиторы) срабатываются при

их взаимодействии с продуктами окисления, которые наиболее интенсивно образуются в начальной стадии эксплуатации масел. Аналогичным образом срабатываются моюще-диспергирующие присадки, механизм действия которых основан на нейтрализации ими продуктов окислительной полимеризации.

Разложение присадок под влиянием высоких температур происходит весьма интенсивно в зонах трения, когда микровыступы контактируют своими вершинами и срезают друг друга, что стимулирует резкое увеличение температуры [4].

Деструкция полимерных присадок обусловлена резкими перепадами давления и прокачиванием масла через узкие зазоры, что особенно характерно для подшипников коленчатого вала. При этом за счет раздробления полимеров присадки постепенно снижается вязкость масла, что приводит к целому ряду отрицательных последствий, в частности, нарушению гидродинамического режима смазки.

Указанные выше процессы старения отрицательно сказываются на эксплуатационных свойствах масел, что ограничивает их сроки службы в двигателях внутреннего сгорания строительных машин.

Литература

1. Венцель Е.С. Улучшение эксплуатационных свойств масел и топлив: монография / Е. С. Венцель.– Харьков: ХНАДУ, 2010. – 226 с.

2. Зорин В.А. Основы долговечности строительных и дорожных машин: учебник / В.А. Зорин. – М.: Машиностроение, 1986. – 248 с.

3. Венцель С.В. Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания: монография / С. В. Венцель. – М.: Химия, 1979. – 240 с.

4. Григорьев М.А. Качество моторного масла и надежность двигателей: справочник / М. А. Григорьев, Б.М. Бунаков, В.А. Долецкий. – М.: Изд. стандартов, 1981. – 232 с.

Дата добавления: 2015-07-16