Одержання та переробка нафтопродуктів (стр. 12 из 17)
Хімічний склад масла також впливає на процес його окислювання. Масло, як і нафта, містить у своєму складі парафінові, нафтенові й ароматні вуглеводні, а також кисень, сірку і з'єднання азоту. Найбільшою спроможністю до окислювання володіють парафінові вуглеводні і нафтенові з великою кількістю циклів.
Великий вплив на старіння масла має сірка, яка міститься у паливі. Підвищення вмісту сірки у паливі призводить до збільшення нагароутворення у двигуні.
При роботі двигуна масляний насос подає масло в магістраль, звідки воно надходить до тертьових деталей.
При задовільному технічному стані приблизно 20…25% масла йде на змазування деталей, а інше дросилює через перепускний клапан до картеру. Підвищена подача масла масляним насосом є також однією з причин окислювання масел, що пов'язана з інтенсивною аерацією від зубців шестерень насосу.
Обсяг масляної системи істотно впливає на зміну якості моторного масла. Це пояснюється збільшенням кратності прокачуваності масла із дією високих температур.
На процес окислення масла впливає ступінь завантаження двигуна, яка неоднакова у залежності від видів виконання технологічного процесу. При виконанні сільськогосподарських операцій, наприклад, оранці, сівбі, культивації, ступінь завантаження двигунів складає 70…90% від номінальної потужності, при транспортних роботах – 30…60%. Час роботи тракторів на цих операціях також неоднаковий.
Таким чином, чим вище завантаження двигуна, тим більш інтенсивно протікають процеси окислення масла, і як наслідок – накопичення механічних домішок, які досягають максимуму в області повних завантажень.
Для забезпечення нормальної експлуатації агрегатів і вузлів машин масла повинні відповідати комплексу вимог, виходячи з їх призначення, зберігання, ергономічності і безпеки.
Для забезпечення нормальної експлуатації агрегатів та вузлів машин мастильні матеріали повинні відповідати вимогам, до яких першочергово відносяться:
- оптимальні в'язкістно-температурні властивості, що забезпечують легкий запуск двигуна при низьких температурах, зменшення зношування і зниження втрат потужності машини;
- задовільні змащувальні властивості для забезпечення змащення на всіх режимах роботи машини;
- задовільні миючі властивості з метою видалення утворень лакових відкладень на поверхнях деталей масляної системи;
- високі протикорозійні властивості;
- високу термо- і протиокисну стійкість, що перешкоджає зміні хімічного складу масла;
- низьку випаровуваність;
- гарну сумісність з полімерними і гумово-технічними виробами;
- низьку токсичність; не викликати забруднення навколишнього середовища, легко транспортуватися і прокачуватися.
Зміна якості масла в результаті спрацювання присадок
Правильне рішення питань ефективного і раціонального використання моторних масел безпосередньо пов'язане з характером, закономірностями зміни початкових властивостей масла у процесі експлуатації машини.
Найважливішою складовою частиною процесу старіння моторних масел, їх працездатністю є спрацьованість присадок. Під спрацьованістю присадок варто розуміти зменшення їх концентрації у маслі і втрату ефективності в результаті окислювання, розкладання під дією вологи (гідроліз) та температури, взаємодії з продуктами, які утворюються при згорянні палива і прориваються з камери згорання у картер двигуна, осадження на фільтрувальних елементах, а також впливу навантажувальних режимів.
Більш за все необхідно простежувати спрацьованість присадок. Зменшення концентрації присадок оцінюють, як правило, за вмістом у маслі металів присадок (кальцію, барію, магнію та ін.) або лужного числа.
Розглянемо деякі закономірності зниження концентрації миючих присадок у моторних маслах.
Концентрація присадок у маслі зменшується за часом нерівномірно: у перші часи роботи двигуна цей процес протікає особливо інтенсивно, а в наступні – поступово загасає. Це пояснюється тим, що у початковий період роботи двигуна має місце активна взаємодія присадки з поверхнею змащувальних деталей.
Адсорбуючись на продуктах окислювання і забруднення масла, миючі присадки витрачаються також при видаленні цих продуктів фільтрами і центробіжними очисниками.
Особливий інтерес викликають випадки, коли присадки, які використані у композиції до моторного масла, впливають один на одного, що веде до деструкції кожної з них.
У процесі експлуатації має місце спрацювання лужних присадок, що призводить до накопичення у маслі кислих продуктів, які інтенсифікують процеси зношування деталей (рис. 1) [13].
Рис. 1. Залежність лужного і кислотного чисел моторного масла та зносу тертьових деталей від пробігу s автомобіля
При центробіжному очищенні миючі присадки виводяться з моторного масла менш інтенсивно, ніж фільтрами тонкого очищення. Це пояснюється тим, що відцентрові маслоочисники менш ефективно виділяють з масел асфальтосмолисті речовини, на яких адсорбуються присадки, ніж фільтри тонкого очищення.
У висновку слід зазначити, що при роботі двигуна під дією високих температур, тиску та тривалості роботи відбувається зміна фізико-хімічних показників масла:
1) збільшується кількість механічних домішок, які утворюються у перші 60…120 годин роботи, а потім процес стабілізується. Інтенсивне накопичення механічних домішок відбувається за рахунок окислення малостабільних вуглеводнів масла;
2) зростання в'язкості масла на 2,5…3,0 мм2/с інтенсивне у перші 60…160 годин роботи, а потім стабілізується. Це явище пояснюється випаруванням із масла легкокиплячих малов’язких фракцій і накопичення у ньому поляризованих продуктів окислення;
3) знижується лужність масла за рахунок вигоряння лужних та інших присадок.
Причинами зменшення присадки є:
1) адсорбція присадки на фільтрувальних елементах масляних фільтрів;
2) адсорбція присадки на механічних домішках і наступне її видалення разом із домішками системою очищення в двигуні;
3) адсорбція на поверхні деталей;
4) витрата присадки по функціональному призначенню.
Великий вплив на вміст присадки у маслі становить якість його зберігання. Відомо, що велика частина присадок не розчинюється у маслі і складає з ним колоїдну систему, яка дуже чуттєва до вологи. Обводнювання масла 0,2% води призводить до порушення колоїдної системи і до випадання присадок в осад (наприклад, через 6 годин випадає в осад 75%).
Експлуатаційні властивості моторних масел
Моторне масло доцільно розглядати як елемент конструкції вузла, агрегату, двигуна, у якому воно використовується. У цьому випадку на нього поширюються поняття теорії надійності, включаючи і поняття працездатності. Під працездатністю розуміють стан об'єкта, при якому значення всіх параметрів, що оцінюють його спроможність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативно-технічної документації.
При оцінці якості масел, використовуються численні фізико-хімічні показники. Досвід застосування масел із присадками дозволяє встановити ряд основних показників, які достатньо повно характеризують працездатність масла.
Слід зазначити, що про якість масла можна судити тільки з комплексу показників. Нижче приводяться основні фізико-хімічні та експлуатаційні показники якості моторних масел.
В’язкістні властивості
В'язкість є однією з основних властивостей мастильних матеріалів.
Згідно з гідродинамічною теорією рідинного змащення, в'язкість масел є характеристикою, яка визначає можливість його застосування для даної машини.
В’язкість моторних масел, на відміну від більшості інших показників, може змінюватися в сторону, як збільшення, так і зменшення. З підвищенням температур в'язкість масел зменшується, а при зниженні – підвищується.
Зміна в'язкості із зміною температур у різних масел відбувається по-різному. Значний вплив на зміну в'язкості має вуглеводний склад. Ароматичні вуглеводні мають гіршу в'язкістно-температурну характеристику, ніж парафінові вуглеводні.
Для характеристики ступеню зміни в'язкості із зміною температур у паспортах на масло приводиться індекс в'язкості. Чим пологіше в'язкістно-температурна крива, тим якісніше масло – вище індекс в'язкості (рис. 2).
Індекс в’язкості – це відносна величина, яка показує ступінь зміни в’язкості масла в залежності від температури у порівнянні з еталонними маслами. Індекс в’язкості визначається по формулам, таблицям або номограмі.
Рис. 2. Залежність в’язкості моторних масел від температури:
1 – індекс в’язкості 90; 2 – індекс в’язкості 100.
Перевага загущених масел – у значно кращих низькотемпературних властивостях, що особливо проявляється при запуску двигунів у холодну пору року, коли через підвищення в’язкості різко падає частота обертання і збільшується обертаючий момент (рис. 3.) Все це призводить до виникнення граничного змащення на поверхнях деталей двигуна.
Рис. 3. Залежність моменту опору обертання М та частоти обертання n колінчатого валу двигуна від динамічної в’язкості моторного масла η
Вибір оптимальної в'язкості визначається за режимами роботи двигуна: при частих пусках і припиненнях – перевага повинна бути віддана малов’язким маслам, тому що у цьому випадку переважає пусковий знос, а в умовах тривалої роботи менше зношування забезпечує високов'язке масло, яке зберігає деякий мінімум в'язкості, але достатній дія забезпечення рідинного виду змащення, при високих температурах експлуатації. При оцінці пускових властивостей масла потрібно звертати увагу не тільки на його в'язкість, але й на температуру застигання.