4.4 Визначення кінематичної в’язкості та індексу в’язкості

4.4.1 Загальні положення

В’язкість – найважливіший показник якості оливи. За цим показником оцінюють придатність оливи для відповід-ного двигуна залежно від його конструкції, технічного стану, сезонності, умов експлуатації. В’язкість входить у маркування олив у вигляді цифрового індексу, наприклад, М-10-Г₂. Цифра означає в’язкість при 100С в мм²/с (сСт) – цифра “10”. Від в’язкості оливи залежать втрати потужності двигуна на тертя, надійність роботи деталей та їх спрацювання, легкість пуску двигуна, прокачування оливи по змащувальній системі, охолодження деталей, винесення продуктів спрацювання із зони тертя, витрата оливи на вигар. Найбільше спрацювання – це пускове. Олива з малою в’язкістю при низькій температурі швидко надходить до поверхонь, що труться, зменшуючи спрацювання під час пуску за рахунок зменшення крутного моменту колінчастого вала. Цим пояснюється, що в’язкість зимових олив менша, ніж в’язкість літніх олив. Використання взимку літніх олив веде до додаткових витрат палива на 8…10%. Чим менша в’язкість оливи, тим кращі прокачування по змащувальній системі, відведення теплоти від деталей, менші витрати оливи на вигар.

Кінематичну в’язкість визначають за ГОСТ 33-82 для тих олив, які при температурах дослідження характеризують-ся достатньою текучістю і перетікають через капіляр візко-зіметра під дією сили тяжіння самих олив. У відповідності зі стандартом в’язкість олив визначають при температурах 100, 0 і -18С.

В’язкість олив не є постійною величиною, вона зміню-ється із зміною температури. В’язкість повинна забезпечувати надійну роботу двигуна в широкому діапазоні температур. Якісні оливи повинні мати малу в’язкість при низьких темпе-ратурах повітря для забезпечення легкого пуску двигуна і велику в’язкість при робочих температурах двигуна для забезпечення високих змащувальних властивостей, тобто мало змінювати в’язкість із зміною температури.

Для оцінки в’язкісно-температурних властивостей олив використовуються такі показники, як індекс в’язкості. Індекс в’язкості – безрозмірна умовна величина, яка характеризує ступінь зміни в’язкості оливи із зміною температури, нахил в’язкісно-температурної кривої. Чим пологіша в’язкісно-тем-пературна крива, тобто чим менше змінюється в’язкість оливи із зміною температури, тим вищий індекс в’язкості. Якісні оливи повинні мати індекс в’язкості 100 і вище. Індекс в’яз-кості залежить від групового вуглеводневого складу і струк-тури вуглеводнів. Найбільшим індексом в’язкості володіють парафінові вуглеводні, найменшим – поліциклічні ароматичні вуглеводні з короткими боковими ланцюгами.

Моторні оливи, що одержують з нафти, мають відносно невеликі індекси в’язкості, які становлять 85…90. Щоб поліп-шити в’язкісно-температурні властивості, тобто підвищити ін-декс, до масел додають в’язкісні присадки (поліізобутилен, поліметакрилат, вініполи, сантодекси, вольтолі). У маркуванні загущеної оливи є літера “з”, наприклад, М-6з/10-Г₁. Загущені оливи готують для всесезонного використання. Індекс в’яз-кості визначається за номограмами Доксея, Виноградова або за таблицями. Найбільш зручною для знаходження індексу в’язкості є номограма Виноградова (рис.4.1). Ключ до корис-тування номограмою надається в її правому куті. Визначення ІВ полягає у з’єднанні прямими лініями відомих величин в’яз-кості при двох температурах. В точці перетину цих ліній знаходять індекс в’язкості. Індекс в’язкості характеризує пологість температурної кривої в’язкості тільки в інтервалі температур 40…100С.

Чим менше числове значення відношення в’язкостей ₅₀/₁₀₀, тим кращі в’язкісно-температурні властивості оливи. Практичне значення цього відношення не дуже велике, так як воно характеризує пологість температурної кривої в’язкості тільки в інтервалі порівняно високих температур.

Рисунок 4.1 – Номограма Виноградова для визначення індексу

в’язкості оливи

Температурний коефіцієнт в’язкості (ТКВ) – це відно-шення градієнту в’язкості в межах температур, прийнятих для оцінки в’язкісних властивостей змащувальних олив (0…100С і 20…100С) до абсолютного значення кінематичної в’язкості при 50С, тобто при температурі середній між початковою і кінцевою. Для зручності використання ТКВ множать на 100. Температурний коефіцієнт в’язкості характеризує у більш широкому діапазоні температур: 0…100С. Чим менша вели-чина ТКВ, тим кращі експлуатаційні властивості оливи. Вираховують ТКВ за формулами:

(4.2)

, (4.3)

де ₀, ₂₀, ₅₀, ₁₀₀ – кінематична в’язкість оливи при темпе-ратурах 0, 20, 50 і 100С, м²/с.

Отже для підрахунку ТКВ необхідно визначити кінема-тичну в’язкість досліджуваної оливи при трьох вказаних тем-пературах.

4.4.2 Прилади і матеріали

Капілярний візкозиметр ВПЖ, рідинний термостат з електрообігрівом і мішалкою, термометр рідинний, термометр контактний, секундомір, склянка хімічна на 50 мл, гумова гру-ша, гумова трубка, зразок досліджуваної оливи в кількості 25…35 мл.

4.4.3 Опис приладу

Візкозиметр представляє собою вертикальну трубку 1, яка має скляну оболонку 2 (рис.4.2) для підтримування у візкозиметрі необхідної температури. В середній частині труб-ки впаяний капіляр 5 довжиною 0,075 м. Діаметри капілярів візкозиметрів бувають від (0,34 до 4,5)10^-3 м. Над капіляром знаходяться два розширення 3 і 4. Між ними і над капіляром нанесені кільцеві мітки М₁ і М₂. Кінець трубки візкозиметра опускають в склянку 6 з досліджуваною оливою, для того щоб висота стовпа рідини, під дією якого проходить витікання, залишалася постійною. На верхньому розширенні нанесений номер візкозиметра, його номінальний діаметр. Згідно номеру і діаметру капіляра знаходять постійну візкозиметра у паспорті виробника. На верхній кінець трубки візкозиметра одягають гумову трубку до якої під’єднують грушу для запов-нення оливою візкозиметра.

Для підтримування постійної температури оболонку візкозиметра 2 за допомогою гумових трубок під’єднують до рідинного термостата 8, в комплект якого входять рідинний 9 і контактний термометр 10 (для регулювання температури рідини).

Рідинний термометр 9 вимірює температуру з точністю до 0,1С. Для заповнення термостату використовують наступ-ні рідини: мінеральну оливу або гліцерин – при температурі 100С, воду – при 30…90С, суміш води з льодом – при С, етиловий спирт з твердою вуглекислотою – при більш низьких температурах.

1-вертикальна труба; 2-скляна оболонка; 3,4-розширення; 5-капіляр; 6-склянка з досліджуваною оливою; 7-гумова трубка; 8-термостат; 9-рідинний термометр; 10-контактний термометр

Рисунок 4.2 – Аппарат для визначення кінематичної в’язкості

оливи при різних температурах

При визначенні в’язкості вибирають візкозиметр з та-ким діаметром капіляру, щоб час перетікання оливи через ка-піляр при заданій температурі знаходився в межах 120…400 с.

4.4.4 Порядок виконання роботи

Вибирають візкозиметр з відповідним діаметром капі-ляра. Візкозиметр закріплюють в штативі. Під нижню частину трубки візкозиметра встановлюють склянку з досліджуваною оливою, а до верхньої частини трубки під’єднують гумову трубку з грушею. За допомогою контактного термометра в термостаті встановлюють необхідну температуру, наприклад 50С. Підключають до мережі термостат, включають мішалку і нагрівають рідину. Рідина циркулює через оболонку візкози-метра і нагріває в ньому до необхідної температури оливу, що знаходиться у візкозиметрі. Оливу за допомогою груші затя-гують трохи вище мітки між розширеннями М₁, слідкуючи за тим, щоб у них і капілярі не утворювались бульбашки повітря. Від’єднавши грушу від гумової трубки, спостерігають за пере-тіканням оливи. Коли рівень оливи досягне верхньої мітки М₁, включають секундомір і зупиняють його тоді, коли рівень оливи проходить нижню мітку М₂. Записують час витікання оливи в секундах. Дослідження проводять три рази.

Час витікання оливи через капіляр при кожному дослі-ді не повинен відрізнятися від середньоарифметичного більше ніж на 0,5%.

Кінематичну в’язкість оливи (мм²/с) розраховують за формулою:

, (4.4)

де с – стала візкозиметра, мм²/с (береться за паспортом вироб-ника);  - середньоарифметичний час витікання оливи, с.

Після визначення в’язкості при вибраній температурі на контактному термометрі встановлюють наступну темпера-туру, наприклад 80С.

На основі одержаних результатів в’язкості оливи при двох різних температурах визначають індекс в’язкості. Для знаходження відношення _50/₁₀₀ в’язкостей визначають також в’язкість при 100С.

4.4.5 Оцінка результатів дослідження

Після завершення досліджень проводять оцінку резуль-татів. Для цього порівнюють отримані значення в’язкості, індекси в’язкості, відношення в’язкостей _50/₁₀₀ з вимогами стандарту і дають заключення про відповідність цих показни-ків нормам технічних умов на дану марку оливи.

Дальше оцінюють пускові властивості досліджуваної оливи шляхом перевірки можливості пускового устаткування двигуна забезпечити колінчастому валу мінімально необхідне число обертів при пуску холодного двигуна. Мінімальна частота обертів, при якій проходить нормальне сумішеутво-рення і запалення суміші, для карбюраторних двигунів складає 36…40 об/хв і для дизелів – 100…150 об/хв.

Граничне значення в’язкості, яке лімітує мінімально необхідну частоту обертів колінчастого валу для різних двигу-нів з урахуванням зниження працездатності акумуляторних батарей при зниженні температури різне: для двигунів, зокре-ма ГАЗ і усі модифікації 17000…19000 мм²/с, ЗИЛ зі стандар-том СТ 49 – 12000…13000 мм²/с, ЯМЗ – 7000…9000 мм²/с, ти-пу В-2 – 6000…8000 мм²/с.

Для оцінки пускових властивостей використовують но-мограму залежності в’язкості оливи від температури (рис.4.3).

Рисунок 4.3 – Номограма для оцінки пускових якостей оливи

На номограму наносять дві точки, які відповідають в’язкості оливи при двох любих температурах, наприклад 50С і 80 (100С). Точки з’єднують прямою, яку продовжують в сторону від’ємних температур. Перетин цієї прямої з горизонтальною лінією, проведеною на рівні граничного значення в’язкості оливи для даного двигуна, покаже темпера-туру повітря, при якій ще можливий пуск холодного двигуна без попереднього підігріву.

Наприклад, для двигуна ЗИЛ-130 при пусковій швид-кості 12500 мм²/с мінімальна температура пуску холодного двигуна на оливі з ₁₀₀ = 8 мм²/с і ₅₀ = 45 мм²/с складає -20С.