Топливо и смазочные материалы. Методические указания к лабораторным занятиям для студентов по направлению подготовки 110800.62 Агроинженерия

6. Определение пригодности работающего масла методом масляного пятна

Вусловиях нормальной эксплуатации двигателя в масле постепенно накапливаются различные вещества, Старение моторного масла происходит за счет загрязнения его атмосферной пылью, продуктами износа, газо-образными, жидкими и твердыми частицами, образующимися в процессе сгорания топлива, а также за счет загрязнения веществами, образующимися в результате химических и физикохимических изменений углеводородов базового масла и компонентов присадок, вводимых в эти масла.

Всостав продуктов окисления топлива, проникающих вместе с газами через поршневые кольца в картер двигателя и загрязняющих масло, входят: окислы азота; соединения, содержащие серу, карбоксильные и карбонильные соединения; углеводороды, сажа, соединения свинца и ряд других окислов. В зависимости от конструктивных особенностей двигателей и режима их работы значительная часть продуктов загрязнения может образовываться также в результате окисления углеводородов самого масла.

Продукты загрязнения масла делятся на органические и неорганические. Органические продукты загрязнения состоят в основном из продуктов окислительной полимеризации масла и неполного сгорания топлива; неорганические - из почвенной пыли, металлических продуктов износа деталей, сработавшейся присадки, соединений свинца, воды и др.

При работе двигателя содержание в масле загрязняющих примесей в начале интенсивно растет, а затем стабилизируется. Это объясняется добавлением свежего масла взамен устаревшего и улавливанием части загрязняющих примесей фильтрами.

Особенно интенсивное нарастание продуктов износа в масле может происходить при неисправностях систем очистки воздуха и масла. Ухудшение очистки воздуха увеличивает пропуск пыли в цилиндры, что существенно повышает интенсивность изнашивания деталей и особенно верхних поршневых колец и канавок под них в поршне, а также верхней части цилиндров. Ухудшение очистки масла особенно увеличивает интенсивность износа шеек и подшипников коленчатого вала, нижних поршневых колец, средней и нижней частей цилиндров. Повышение концентрации элементов износа наблюдается также при попадании в масло: охлаждающей жидкости, значительном снижении вязкости масла из-за его разжижения топливом, а также ряда других неисправностей. В связи с вышесказанным следует, что моторное масло в процессе работы стареет, присадки срабатываются и оно уже не может выполнять свои

51

функции и его следует заменить. Установить наивыгоднейший срок службы масла в двигателе, при котором обеспечивалась бы долговечная, надежная и экономичная эксплуатация двигателя задача нелегкая. Проблема работы масла в двигателе - это самая сложная и самая важная проблема в смазочном деле. Поведение масла в двигателе зависит от многих факторов и в первую очередь от конструктивных особенностей двигателя и его системы смазки, режимов работы, качества масла и качества топлива. Среди исследователей нет единого мнения по вопросу смены масла так как срок смены масла в двигателе зависит в основном от: состояния двигателя и в первую очередь его изношенности, особенно цилиндропоршневой группы; режима работы двигателя; условий эксплуатации; состояния фильтров; качества масла; качества топлива.

К параметрам масла, несущим информацию о техническом состоянии двигателей, работоспособности отдельных систем и пригодности самого масла и оптимальных сроках его службы до замены относятся: количественное содержание в масле загрязняющих примесей и их качественный состав, показатели, характеризующие моющедиспергирующие свойства масла, его нейтрализующую способность (щелочность), вязкость, наличие воды в масле и ряд других (таблица 5).

Осуществление контроля достижения предельных значений показателей, как правило, требует специализированного испытательного оборудования. Однако изменение диспергирующих свойств масел можно ориентировочно оценить непосредственно в условиях эксплуатации, используя простейшие экспресс методы, в частности метод, «масляного пятна», который доступен каждому водителю. Заключается этот метод в нанесении капли горячего масла, взятого масляным щупом или специальной пипеткой из картера двигателя (сразу после его остановки) на фильтровальную бумагу. Через 2 часа образующаяся хроматограмма может быть использована для оценки диспергирующих свойств.

Таблица 5-Показатели масла, используемые при диагностировании двигателей и определении сроков службы масел до замены

На хроматограмме различают (рисунок 13): d - центральное ядро, соответствующее расплыву капли масла на фильтровальной бумаге и D - зону диффузии, т.е. кольцо, очерченное нерастворимыми в масле продуктами загрязнения вокруг центрального ядра.

Рис. 13 - Применение метода масляного пятна для оценки изменения

53

диспергирующих свойств работавших масел с низким (а) и высоким (б) уровнем диспергирующих свойств:

d - центральное ядро; D - зона диффузии

При установлении сроков службы масла в двигателях применяют так называемые браковочные показатели, при достижении предельно допустимых значений которых необходимо заменить масло. Браковочными показателями обычно служат: изменение вязкости, температуры вспышки, щелочности, содержание загрязняющих примесей, воды и топлива, значение диспергирующих свойств масла и ряд других (таблица 6).

Чем больше площадь диффузии, тем выше оценивается диспергирующая способность (ДС) масла. Уменьшение ширины зоны диффузии указывает на срабатывание присадки или наличие в масле воды. Для оценки диспергирующей способности работающего масла определяют площадь зоны диффузии на хроматограмме по выражению

диспергирующей способности работающего масла и выражается в условных единицах.

Таблица 6-Браковочные показатели масла

Неудовлетворительными считаются диспергирующие меньше 0,3 усл.ед. При этом необходима смена масла.

Чтобы уменьшить коррозионный износ в двигателе, к маслам добавляют присадки, имеющие щелочной характер. Поэтому одним из показателей масла является его щелочное число. Когда щелочное число становится нейтральным, то это значит, что находившаяся в масле присадка уже не защищает детали от коррозии и следовательно такое масло надо сливать Для проверки щелочности масла рядом с каплей масла на фильтровальную бумагу наносится капля фенолфталеина с таким расчетом, чтобы при расплыве оба пятна соприкасались. Если масло имеет щелочность, то на масляном пояске появится розовая окраска.

Для оценки масла по методу «пятна» можно воспользоваться таблицей 5.5.

Эти данные сугубо ориентировочные и подлежат эксплуатационной проверке.

По методу «пятна» можно так же обнаружить в масле воду, антифриз, проверить кислотность. И хотя этот метод не позволяет пока еще полностью решить вопрос о сроках службы масла в двигателе, он может в ряде случаев оказаться полезным.

Таблица 7-Показатели для оценки степени окисления масла

Таблица 8-Показатели для оценки степени загрязнения масла

55

7. Определение содержания воды

1 Общие положения Вода может попасть в масло при его транспортировке и хранении в

случае нарушении герметизации емкостей. В работающем масле также накапливается вода, которая конденсируется из прорывающихся газов, особенно при работе двигателя на пониженном тепловом режиме. Иногда вода проникает при нарушении уплотнении системы охлаждения, также при небрежной заправке маслом и мойке тракторов. Наличие воды в масле повышает коррозионные и ухудшает смазочные свойства, образует в масле эмульсии и кислоты, которые приводят к образованию рыхлых осадков, что вызывает забивания сетки маслоприемников, масляных каналов, фильтров и т.д. Вода отрицательно влияет на присадки, вызывая выпадение их в осадок

Определение содержания воды производится при помощи прибора, показанного на рисунке 14.

Рис. 14 - Прибор для определения содержания воды в масле

1 - колбонагреватель; 2 - колба; 3 -приемник-ловушка; 4 -холодильник

56

Прибор для определение содержания воды в масле включает в себя круглодонную узкогорлую колбу 2, приёмник-ловушку 3 и холодильник 4, соединённых между собой при помощи шлифов или корковых пробок. Подогрев колбы 2 осуществляется при помощи колбонагревателя 1 (электроплитки или горелки).

2 Порядок определения Пробу испытуемого масла в количестве 50 мл наливают в колбу 2.

Мерным цилиндром отмериваются 50 мл бензина-растворителя и заливается также в колбу 2 и хорошо перемешивается в течение 5 минут. Для равномерного кипения внутрь колбы помещают кусочки пемзы или фарфора. Аппарат собирается так, чтобы конец отводной трубки приёмника-ловушки 3 опустился в колбу на 15...20 мм, а нижний край кососрезанного конца трубки холодильника находился против середины отводной трубки. Когда прибор собран и укреплен на штативе, пускают воду в холодильник и начинают осторожно нагревать колбу. Интенсивность нагрева устанавливают такой, чтобы в приёмник-ловушку из холодильника стекало 2...4 капли конденсата в секунду. Если в испытуемом масле имеется вода, то она, испаряясь из колбы и конденсируясь в холодильнике, вместе с растворителем попадает в ловушку, где вследствие разности плотностей будет отстаиваться в нижнем слое.

Когда количество воды в ловушке перестанет увеличиваться и верхний слой растворителя станет прозрачным, перегонку прекращают. Если отгоняется небольшое количество воды, то растворитель долго не становится прозрачным, т.е. вода находится в виде эмульсии.

Время перегонки должно быть не менее 30 и не более 50 минут. Оставшиеся на стенках трубки холодильника капельки воды столкнуть в приёмник-ловушку стеклянной палочкой или металлической проволокой. После того, как колба охладится, а температура, растворителя и воды станет комнатной, записать объём воды с точностью до одного верхнего деления.

Содержание воды в масле вычисляется по формуле

где W - содержание воды в масле, %;

Vв - объем воды в приемнике ловушке, см ;

Vм - навеска масла, взятая для испытания, см3;

ρв и ρм - плотность воды и масла соответственно, г/см3.

При проведении расчетов плотность воды ρв принимается равной 1 г/см3.

57

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК

6.1. Цель работы

1. Закрепление теоретических знаний физико-химических показателей марок смазок и стандартов на них.

2. Ознакомление с методами определения основных параметров пластичных смазок.

3. Приобретение практических навыков по оценке качества смазок и установлению условий их применимости.

6.2. Последовательность выполнения работы

1.Оценить испытуемый образец по внешним признакам.

2.Ознакомиться, с имеющимися в лаборатории, образцами стандартных смазок и сравнить с ними (по внешним признакам) испытуемый образец.

3.Определить для образца:

-однородность;

-сорт смазки пробой на жировое пятно;

-растворимость в воде и бензине;

-температуру каплепадения смазки;

-число пенетрации.

4.По данным ГОСТа установить марку пластичной сказки и сформулировать мотивированное заключение.

5.Оформить отчет и представить его на подпись преподавателю.

6.3. Краткая информация о пластичных смазках

Пластичные смазки используют для смазки ряда механизмов и деталей тракторов, автомобилей и сельскохозяйственной техники там, где жидкие смазочные материалы (масла) вытекают, или которые подвергаются воздействию грязи, пыли и работают в условиях влажной среды (ходовая часть, тяги рулевого управления, отдельные узлы двигателя и трансмиссии) и представляют собой мазеобразные продукты, сочетающие свойства жидкости и твердого тела. Пластичная смазка на 10... 15% состоит из структурного каркаса, образованного загустителем (дисперсная фаза), 70...90% - жидкого масла, заключённого в ячейки каркаса (дисперсионная среда) и присадки - 1...1.5 %.

В качестве загустителя служат соли высокомолекулярных жирных Кислот (мыла) или углеводороды (церезины, петролатумы и т.п.)

58

Наиболее распространены мыльные загустители - кальциевые, натриевые, литиевые, алюминиевые, смешанные и другие. В качестве грубой модели пластичная смазка может быть представлена в виде куска ваты, пропитанный маслом. Волокна ваты соответствуют частицам дисперсной фазы, а масло, удерживаемое в вате - дисперсной средой смазки.

К основным эксплуатационным характеристикам пластичных смазок относят: предел прочности, вязкость, коллоидную стабильность, температуру каплепадения, механическую стабильность, стойкость и т.п.

О способности удерживаться на вращающихся деталях судят по пределу прочности на сдвиг.

Пределом прочности называется минимальное удельное напряжение, при котором происходит разрушение каркаса смазки в результате сдвига одного ее слоя относительно другого. Определяют на приборе, называемом пластомером.

Чем выше предел прочности на сдвиг, тем надежнее удерживается смазка в подшипниках качения.

Вязкостные свойства смазок при температурах от -70 до 100°С определяют на автоматических капиллярных вискозиметрах АКВ, в которых смазка при помощи пружины продавливается с переменной скоростью через капилляр.

Коллоидная стабильность смазки - это ее способность сопротивляться отделению дисперсионной среды (масла) при хранении и применении. Показателем, характеризующим температурную стойкость пластичных смазок, является температура каплепадения.

Температурой каплепадения оценивают температурную стойкость смазки. Она определяется в лабораторных условиях по замеру температуры, при которой происходит падение первой капли смазки, нагреваемой в специальном приборе.

В зависимости от температуры каплепадения смазки классифицируют на следующие виды: низкоплавкие (защитные смазки ПВК и ВТВ-1). температура каплепадения которых не превышает 60°С; среднеплавкие (солидолы, графитовая смазка УСс-А), изготовленные на калыциевых мылах с температурой каплепадения 75...105°С; тугоплавкие (ЯНЗ-2, Литол-24, № 158. ЦИАТИМ-201 и др.), загущенные литиевым или натриевокальциевыми мылами и имеющие температуру каплеобразования от 120 до 185°С.

Показатель, характеризующий способность смазки противостоять растворению в воде, называется отношением к воде. Защитные смазки, для изготовления которых используют углеводородные (не мыльные) загустители, совершенно не растворимы в воде. Антифрикционные

59

смазки, загущенные кальциевыми (солидолы всех марок) и литиевыми (Литол-24) мылами, являются влагостойкими. Антифрикционные смазки, загущенные натриевокальциевыми мылами (ЯНЗ-2), отличаются недостаточной влагостойкостью.

Водостойкость смазки, т.е. ее растворимость определяют только качественно по изменению внешнего вида (полный или частичный распад) комка смазки в холодной (24 часа при 20°С) и кипящей (1ч) воде. Если температура плавления смазки ниже 100°С, испытание в кипящей воде неприемлемо.

Комплексную характеристику механических свойств смазок определяют по их густоте, так называемым числом пенетрации, показывающим глубину погружения в смазку стандартного конуса с иглой.

6.4. Оценка образца по внешним признакам

Все смазки являются непрозрачными, поэтому их цвет определяют только в отражённом свете. Наиболее распространённые смазки (солидолы, консталины и др.) обычно имеют цвет от светло-желтого до темно-коричневого. Присутствие графита даже в небольших количествах (0.5%) сообщает им чёрный цвет.

Жировые смазки универсального назначения (солидолы Ж) могут пахнуть хозяйственным мылом, синтетические смазки (солидол С и др.) обладает слегка ароматным запахом, а смазки с углеводородным загустителем (технический вазелин и др.) имеют слабый запах нефтепродуктов. Остальные смазки меняют цвет от светло-жёлтого до темно-коричневого Одним из основных требований к смазке является требование её однородности, которая проверяется осмотром в таре. Не должно быть заметно выделение из смазки жидкой фазы (масла).

При рассматривании слоя в проходящем свете не должны обнаруживаться невооруженным глазом капли масла, комки загустителя, посторонние твердые включения. Если в смазке окажутся механические примеси, то её надо растереть между пальцами. При наличии песка применение смазок недопустимо. Для этого на стеклянную пластинку наносится испытуемый образец слоем 1...2 мм и производится осмотр.

Сорт смазки приближенно можно определить пробой на жировое пятно. Для этого исследуемую смазку величиной с горошину нанести на фильтровальную бумагу и осторожно подогревать её над горелкой на расстоянии 1...2 мм. Масла и углеводородные загустители при этом впитываются, а мыла остаются в виде плотного остатка. Графитная смазка оставляет на бумаге темно-коричневое пятно с кристаллами графита, а

60