книги из ГПНТБ / Сулейманова, Ф. Г. Композиции присадок к моторным маслам из бакинских нефтей

или хранения смазочных масел с целью контроля за их ка­ чеством.

2. Предварительная оценка эксплуатационных свойств смазочных масел и присадок на безмоторных установках. На этом этапе оцениваются отдельные функциональные качества смазочных масел (коррозионность, моющие свойства, термоокмсляемость, износные свойства и т. д.) на различных типах лабораторных машин и аппаратов. Результаты таких иссле­ дований позволяют довести отдельные качества масел до требуемого уровня и отобрать лучшие образцы опытных масел и присадок для дальнейшей проверки их качества в условиях работы двигателя.

3. Оценка эксплуатационных свойств масел и присадок в условиях работы двигателя. В зависимости от назначения масел и присадок испытания проводятся на соответству­ ющих карбюраторных и дизельных двигателях, при кратко­ срочном и длительном режимах в стендовых условиях.

Результаты моторных испытаний позволяют определить работоспособность испытуемого образца масла по противоизносным, антикоррозийным и антинагарным свойствам.

4. Оценка качества смазочных масел и присадок в усло­ виях опытной эксплуатации. На этом этапе смазочные масла и присадки проходят длительное испытание в эксплуатаци­ онных условиях, по результатам которых окончательно опре­ деляются качество и пригодность испытуемых образцов для конкретных типов двигателей. На основании результатов этих испытаний разрабатываются соответствующие стандар­ ты на смазочные масла.

Остановимся на основных методах лабораторных иссле­ дований и испытаний, получивших наибольшее распростра­ нение в научно-исследовательских организациях, в промыш­ ленности и на транспорте COOP.

ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ И ПРИСАДОК

В условиях работы двигателя под влиянием различных факторов физико-химические свойства смазочных масел (цвет, вязкость, коксуемость, зольность, кислотное число, содержание механических примесей и т. д.) с первых же часов работы изменяются. Степень их изменения зависит от ряда факторов, в числе которых не последнее место занимает качество самого масла. При этом масла, обладающие доста­ точной стабильностью, в процессе работы двигателя претер­ певают ютносительн'О меньшие изменения своих первоначаль­ ных качеств.

50

При разработке технологии производства' новых сортов' смазочных масел или синтеза новых присадок необходимо, чтобы физико-химические свойства моторных масел для транспортных поршневых двигателей отвечали требованиям ГОСТа. В соответствии с этими требованиями опытный обра­ зец масла или масла с присадками направляется на анализ по следующим константам:

содержание водорастворимых кислот и щелочей, %.

Оценка функциональных свойств масел и присадок в лабораторных условиях

Для оценки отдельных функциональных свойств масел и различных типов присадок в настоящее время в СССР широко применяются следующие виды лабораторных испытаний:

методы опенки моющих и диспергирующих свойств;

»термоокислительной стабильности;

»коррозионной агрессивности;

»противовзносных свойств;

»способности нейтрализовать кислые продукты в окис­ ленном масле;

»низкотемпературных свойств;

»определения степени чистоты масел и присадок.

Методы оценки моющих свойств масел и присадок

В процессе работы двигателя за -счет полимеризации продуктов неполного сгорания топлива и окисления в картер­ ном масле образуются осадки, которые частично отлагаются на поверхности деталей в виде лака и нагара, загрязняют их и нарушают нормальную работу двигателя. Для предот­ вращения этого явления в смазочные масла добавляют детергентно-дисиергирующую и моющую присадки. Образо­ вавшиеся в процессе работы двигателя не растворимые в масле осадки указанными присадками диспергируются и со­ храняются -в масле в мелкодисперсном состоянии, предотвра­ щая тем самым отложение нерастворимых осадков на дета­ лях двигателя.

Для оценки эффективности моющих и диспергирующих присадок в СССР широкое применение нашел метод ПЗВ. разработанный Папок, Зарубиным и Виппером (ГОСТ

5726-53).

51

Оценка склонности масла с присадкой к образованию лака или моющих свойств масел производится по цвету бо­ ковой поверхности поршня, по цветной шкале от 0 до 6 бал­ лов. Балл, равный нулю, соответствует совершенно чистому поршню, а балл 6 — максимальному покрытию поршня ла­ ковыми отложениями черного цвета. Испытание проводится на специальной одноцилиндровой четырехтактной установке с диаметром цилиндра 52 мм. Кривошипно-шатунный меха­ низм приводится в движение от электромотора, при этом число оборотов коленчатого вала п = 2500 об/мин. Количе­ ство испытанного образца масла равно 250 см3, продолжи­ тельность испытания два часа. Как правило, все базовые масла из бакинских и восточных нефтей на установке ПЗВ оцениваются в 4—5 баллов, добавка присадок к маслам улучшает их моющие свойства, доводя балл до 0—2,5.

Подробные сведения об установке ПЗВ и режиме испы­ тания указаны в ГОСТе 5726-53 «Масла смазочные с при­ садками. Метод определения моющих свойств». Этот метод широко применяется в работах ИХП по синтезу различных присадок, проводимых под руководством акад. А. М. Ку­ лиева. Наличие закономерности между подвижностью порш­ невых колец и отложениями лака в процессе работы двига­ телей подтверждает объективность данного метода. Много­ численные испытания автолов АС-6 и АС-10 из бакинских и

эксплуатационных испытаниях на двигателях ГАЗ-51 и ЗИЛ150 обеспечили чистоту деталей двигателя, полную подвиж­ ность поршневых колец и минимальный износ всего двига­ теля.

Масла Д-11 из бакинского и восточного сырья в смеси с 8% присадки БФК, имеющие оценку моющих свойств по ПЗВ 0,5 балла, также обеспечили чистоту деталей, полную подвижность поршневых колец и снижение износа деталей тракторных двигателей Д-40, КДМ-46, СМД-14 в стендовых и эксплуатационных условиях. Присадка АзНИИ-5 в коли­ честве 3% в смеси с автолами и присадка АзНИИ-7 в коли­ честве 3—5% в смеси с дизельными маслами Д-11 из бакин­ ского и ДС-11 из восточного сырья, имеющие оценки моющих свойств по методу ПЗВ 2—2,5 балла, в стендовых и эксплуатационных условиях не обеспечили чистоты деталей двигателя и подвижности поршневых колец на уровне при­ садок СБ-3, СК-З, БФК-1 и их композиций.

Композиция присадок СБ-3 и БФК-1 в соотношении 40:60% в смеси с дизельными маслами Д-11 и ДС-11, обла­ дающими моющими свойствами, оцениваемыми в 0,5 балла

52

по ПЗВ, также обеспечила чистоту деталей, подвижность колец и минимальный износ автомобильного двигателя ЯАЗ204 при работе на сернистом топливе.

Многочисленные длительные стендовые и эксплуатацион­ ные испытания показали .нормальное соответствие результа­ тов испытания масел с присадками по их моющему эффекту на установке ПЗВ реальным условиям работы транспортных двигателей внутреннего сгорания. Появление теплонапря­ женных двигателей потребовало разработки более эффек­ тивных присадок и применения их к смазочным маслам в больших концентрациях (до 20%). В этих условиях чувстви­ тельность метода ПЗВ оказалась недостаточной и дефференцировать присадки по их эффективности при этом практи­ чески невозможно.

В целях повышения чувствительности метода оценки моющих свойств на установке ПЗВ авторами был ужесточен режим испытаний за счет увеличения зазоров между канав­ ками поршня и поршневыми кольцами, зазора в стыке колец

что он более четко дифференцирует присадки по их моющим и диспергирующим свойствам. В последнее время в , иссле­ довательских работах применяется ряд лабораторных мето­ дов, позволяющих косвенно оценивать эффективность дей­ ствия моющих присадок. Остановимся на некоторых из них.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОЮЩИХ ПРИСАДОК ПО МОЮЩЕМУ ПОТЕНЦИАЛУ

Этот метод разработан проф. К. К- Папок с сотрудни­ ками и базируется на механизме действия моющих присадок. По мнению большинства исследователей, действие моющих присадок сводится в основном к защите дисперсной фазы, образующейся в результате окисления масла и загрязнения его продуктами неполного сгорания топлива, а также укруп­ нения частиц.

При работе двигателя на масле с моющей присадкой образовавшиеся не растворимые в масле частицы находятся

втонко1диопергирова!нном состоянии. Таким образом моющая присадка придает смазочному маслу .способность удерживать

всебе во взвешенном состоянии сажистые частицы, твердые продукты окисления масла и другие не растворимые в масле

вещества, препятствуя их осаждению и предохраняя детали двигателя от загрязнения.

Метод определения эффективности моющих присадок основан на окислении масла в толстом слое при высокой температуре и в присутствии загрязнителя (эталонного веще-

53

ств-а), образующего в этих условиях дисперсную фазу. Сте­ пень дисперсности частиц, образующихся три окислении эталонного вещества, зависит от эффективности моющих при­ садок и определяется фильтрацией раствори окисленного масла в петролейном эфире, алкилате или другом раствори­ теле. Если в масле нет моющей 'присадки, то образовавшаяся дисперсная фаза вследствие 'коагуляции 'частиц задержива­ ется фильтром. При наличии в масле эффективной моющей присадки в достаточном 'количестве благодаря высокой дис­ персности 'Продуктов окисления дисперсная фаза фильтром не задерживается.

Оценочным 'параметром согласно данной методике явля­ ется моющий потенциал, численно равный содержанию эта­ лонного вещества в масле (в весовых единицах), при кото­ ром масло еще способно сохранять высокую агрегативную устойчивость. Окисление масла производится в стальном патроне. Патрон с 5 г испытуемой смеси устанавливают в лакообразователь (ГОСТ 4983-49) на диск, нагретый до 250° С, и выдерживают 30 минут. Окисленное масло раство­ ряют в 45 мл алкилата или 'бензина «галоша» и фильтруют под вакуумом через фильтр «синяя полоса» диаметром 27 мм, который 'закладывается в разъемную воронку.

В качестве эталонного вещества принят раствор присад­ ки В-353 (эфирдиалкилфенолд'итиофоофорной кислоты) в минеральном масле. Оценка степени загрязнения фильтра производится в следующем порядке:

I — фильтр чистый или светло-серый;

II — серый или светло-коричневый;

I I I — темный или коричневый, с видимым осадком;

IV — черный как тушь.

Товарные минеральные масла без присадок после окис­ ления хорошо фильтруются, а 'загрязнение фильтра при этом оценивается первой степенью.

Моющий потенциал определяется следующим образом. Окисляют -испытуемое масло и убеждаются, что после филь­ трации фильтр остается чистым (I степень). Затем окисляют несколько смесей испытуемого масла с различными концен­ трациями эталона (присадка ВНИИНП-353 в смеси с маслом ДС-11) и подбирают такую концентрацию, при которой обес­ печиваются еще хорошая фильтрация окисленного масла и I степень загрязнения фильтра. В дальнейшем производятся испытания -с различными концентрациями моющих присадок, степень -загрязнения фильтра сравнивается с -фильтрами, ис­ пользуемыми при эталонном веществе, и подбираются филь­ тры одинаковой степени фильтрации.

Моющий потенциал определяется -как частное от деле­ ния количества эталона в испытуемом масле на количество

54

испытуемого масла в смеси и умножается на 10:

Э

М П = юо —э х ю ,

где Э — максимальное количество эталона (в весовых еди­ ницах) в испытуемом масле, при котором масло еще способ­ но сохранить высокую агрегативную устойчивость в условиях окисления. С увеличением концентрации моющих присадок в испытуемых маслах значительно повышается моющий потен­ циал масла, и указанная методика четко дифференцирует масла по сериям, принятым международной классификацией масел. Таким образом, указанный метод позволяет опреде­ лить потенциальную способность моющих присадок удержи­ вать в мелкодисперсном состоянии нерастворимые осадки, образующиеся в масле вследствие наличия в нем загрязни­ теля.

нентов присадок, и применяется для оценки моющей эффек­ тивности различных присадок к моторным маслам. Испыта­ ние опытного образца производится в такой последователь­ ности:

а) образец масла с присадками в количестве 25 г зали­ вается в чисто вымытый бензином «галоша» и протертый насухо фильтровальной бумагой алюминиевый стакан;

б) стакан устанавливается в песочную баню, в масло вводятся электрод и термометр;

в) при температурах 50, 75, .100, 125 и 150° С фиксиру­ ются показания прибора МОМ-4, которые затем пересчиты­

ваются на единицы электропроводности в —— ХЮ -9.

ом

За показатель моющей эффективности присадок прини­ мается электропроводность раствора при 100° С. Например, замеренное сопротивление раствора по показаниям прибора МОМ-4 составляет 0,5 х Ю7. В этом случае электропровод­ ность равна

З а показатель электропроводности принимается среднее зна­ чение двух определений.

55

Результаты исследований масел с различными присад­ ками показали, что:

а) увеличение концентрации в масле присадок СБ-3, ПМС и БФК заметно повышает его электропроводность. Следовательно, с ростам концентрации моющих присадок возрастает диспергирующая способность;

б) значение электропроводности в маслах при сочетании различных присадок резко возрастает, это подтверждает предположение о том, что каждая отдельно взятая присадка к маслу ведет себя в двигателе хуже, чем их смесь.

Между количеством моющих присадок в маслах и элек­ тропроводностью существует определенная зависимость. По­ этому данный метод может применяться для ускоренного спо­ соба определения количества моющей присадки в масле по соответствующим тарировочным кривым.

МЕТОД ОЦЕНКИ НАГАРООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ТОПЛИВА И МАСЕЛ (ПЗИ)

Метод Ш И разработан -К. К. Папок с сотрудниками и предназначен для определения нагарообразующей способ­ ности дизельных топлив, 'керосинов и моторных масел на установке ИТ9-3. Для использования стандартной установки ИТ9-3 в целях определения названного показателя она ча­ стично переоборудуется. Изготовляются нагарники из алюми­ ния, представляющие собой диск, на одной из плоских сторон которого имеются четыре концентрические канавки, выточен­ ные с целью увеличения поверхности. На другой стороне выбивается порядковый номер.

Размеры напарника: диаметр 40 мм, высота 8 мм, шири­ на канавки 1,75 мм, глубина канавки 2,5 мм, вес 20—22 с. Нагарник крепится при помощи винта на днище поршенька, изменяющего степень сжатия двигателя установки.

Взамен распылителя форсунки установки ИТ9-3 исполь­ зуется распылитель НЗТА, ГОСТ 8891-64 или ХТЗ, ГОСТ 6893-54. Укорачивается на 700 мм трубка высокого давления, соединяющая топливный насас с форсункой. Производится точный замер расхода топлива по штихпроберу. Применяется

±05 мл/мин.

При строгом соблюдении стандартного режима испыта­ ние проводится ровно 5 минут. После каждого испытания двигатель останавливают, осторожно снимают нагарник,

56

очищают распылитель, предкамеру и устанавливают новый нагарник. Для каждого опытного образца топлива проводят четыре 5-минутых испытания. Нагарники с .нагаром помеща­ ют в эксикатор, где они охлаждаются до комнатной темпе­ ратуры, а затем их взвешивают. По изменению веса нагарника определяется среднее количество нагара в мг. Оценоч-

А ,

ным показателем является нагарное число — , где А — сред­

нее количество нагара в мг, полученное за 5 .минут испыта­

топлив по каждому из четырех нагарников не должна от­ личаться более чем на ± 15% от среднеарифметического этих определений.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЧИСТОТЫ МАСЕЛ И ПРИСАДОК

Метод определения степени чистоты масел и присадок разработан К. К. Папок с сотрудниками. Сущность его за­ ключается в отделении твердой фазы в испытуемых маслах и присадках путем фильтрации их растворов в бензине «га­ лоша» через биологический фильтр.

Оценочными показателями степени чистоты испытуемого продукта являются: >а) число фильтраций, показывающее количество фильтров, израсходованных за время отфильтровывания всего раствора масла или раствора црисадки при обязательной смене фильтров через каждые 5 минут филь­ трации; б) количество загрязнений в испытуемом продукте, определяемое по разности веса биологических фильтров до и после фильтрации. Количество загрязнений исчисляется в мг на 100 а испытуемого продукта.

Испытуемое масло в количестве 5 г растворяют в 45 мл бензина «галоша», в случае присадок навеску берут 1 г и растворителя—бензина «галоша» 49 г. Биологический фильтр № 4 диаметром 27 мм путем нагревания в сушильном шкафу доводят до постоянного веса, после чего устанавливают на металлическую воронку, нижнюю часть которой при помощи резиновой пробки соединяют с колбой для фильтрования под вакуумом. Вначале фильтруют при остаточном давлении 20—30 мм рт. ст. 10 мл чистого бензина «галоша», а затем— испытуемый образец раствора масла или присадки в бензине «галоша». Время фильтрации измеряется при помощи секун­ домера. Исследуемый раствор фильтруют в течение 5 минут, если он за этот период полностью не отфильтровывается, то заменяют фильтр и фильтрацию продолжают. В воронку через каждые 5 минут фильтрации вставляют новый фильтр

57

до .полного отфильтровывания всего раствора. Если не уда­ ется отфильтровать весь раствор через пять фильтров, то дальнейшую фильтрацию прекращают и замеряют количе­ ство оставшегося неотфильтрованного раствора. В таких случаях отмечают, что число фильтрации для испытуемого образца более пяти, при этом показатель загрязнения масла вычисляют по формуле:

- Ц °д !

В

•где х — количество загрязнения в испытуемом образце, мг;

А— вес осадка на б фильтрах;

В— % отфильтрованного образца.

Полученный результат относят к 100 г испытуемого образца. Для определения веса осадка на фильтрах последние укладывают на лист фильтровальной бумаги и в сушильном шкафу при температуре 100° С доводят до постоянного веса. Разница веса фильтра до и после испытания .является коли­ чеством осадков, накопленных на фильтрах за время испы­ тания. Расхождение между параллельными испытаниями по загрязнению допускается: до 200 мг/ 100 г не более 20 мг/100 г, а свыше 200 мг/100 г — не более 20% от наименьшего резуль­

тата.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

Для оценки противоизносных свойств смазочных масел в нашей стране и за рубежом применяются различные машины трения. Наличие большого количества различных конструк­ ций этих машин вызывает необходимость подразделения их на несколько основных групп. В зависимости от геометрии контакта трущихся поверхностей машины трения можно раз­ бить .на следующие группы:

2)с линейным контактом трущихся поверхностей; мак­ симальное давление доходит до 10000— 15000 кг/см2;

3)с точечным контактом трущихся поверхностей; макси­

мальное давление доходит до 50000 кг/см2.

Вопрос о предпочтительности той или иной конструкции машины трения для каждого конкретного случая испытания масла может быть решен путем выяснения соответствия ре­ зультатов испытаний данного продукта на дайной машине с результатами испытаний того же продукта на реальных дви­ гателях. Простота конструкции и хорошая воспроизводимость

58

параллельных испытаний позволили при исследованиях противоизносяых свойств смазочных масел широко применять четырехшариковую машину трения, которая впервые была предложена Берлоге и Блоком. В дальнейшем рядом иссле­ дователей (Беком, Боуденом, Павловым, Хрущевым, Мат­ веевским, Климовым, Листовым и др.) метод оценки противоизносных свойств масел на этой машине был изменен и сама машина подверглась усо­ вершенствованию. Принцип ра­ боты четырехшариковой маши­ ны трения сводится к следую­ щему: три нижних шара, поме­ щенных в ванночку с испытуе­ мым маслом, находятся в не­ подвижном состоянии, четвер­ тый, верхний шар вращается

вокруг оси, к которой может прилагаться нагрузка Р. От каж­ дой нагрузки Р, при определенном числе оборотов за постоян­ ное время, на трех нижних шарах образуются следы износа эллипсной формы, а на верхнем шарике эти следы образуются в виде пояса. Оценку качества масел производят различно, по следующим показателям:

д) по скачку величины силы трения в момент разрыва масляной пленки.

Указанные методы подробно изложены в книге «Методы испытания автотракторных топлив и масел» [25].

Рассмотрим один из методов определения противоизносных свойств смазочных масел, появившийся в последние годы.

По данному методу определения противоизносных свойств масел в отличие от вышеописанного устанавливается предельная работоспособность масла, поэтому опыт ведется до сваривания трущихся поверхностей после разрыва мас­ ляной пленки. Испытание проводится на четырехшариковой машине трения в следующей последовательности.

После закрепления шаров в чашке и на шпинделе маши­ ны в чашку заливают испытуемое масло в таком количестве, чтобы оно полностью покрыло нижние шары. Прикладывая нагрузку к узлу трения машины, опыт ведут в течение

59