УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЕМ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ

На правах рукописи

Быкова Елена Владимировна

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ПРИМЕНЕНИЕМ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ

ПРЕПАРАТОВ

Специальность 05.20.03. – Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Российский государственный аграрный университет - МСХА

имени К.А. Тимирязева»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Балабанов Виктор Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Голубев Иван Григорьевич

доктор технических наук, профессор

Девянин Сергей Николаевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный аграрный заочный университет

Защита диссертации состоится «16» февраля 2012 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ.006.034.01 при Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ГНУ ГОСНИТИ

Автореферат разослан и размещен на сайте

http://gosniti.ru «29» декабря 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Р.Ю. Соловьев

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Сельскохозяйственное производство в России в настоящее время можно охарактеризовать как недостаточно эффективное. Одной из причин этого является неудовлетворительное техническое состояние эксплуатируемых машин и механизмов. В структуре машинно-тракторного парка РФ преобладает отечественная и импортная автотракторная техника с большим пробегом и сроком службы, не отвечающая современным мировым требованиям по эксплуатационным характеристикам. Особенно это актуально в отношении отечественных автотракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с большой наработкой.

Поэтому исследования, направленные на изучение, разработку и совершенствование способов безразборного повышения эксплуатационных характеристик автотракторных ДВС путём применения химических ремонтно-восстановительных препаратов (РВП), являются актуальной задачей, имеющей значение, как для агропромышленного комплекса, так и в целом для экономики России.

Внедрение РВП способно сократить прямые материальные затраты на восстановление ДВС; повысить их эксплуатационные характеристики, снизить расход топлива и смазочных материалов, уменьшить содержание вредных выбросов, а также оказывать косвенные положительные экономические эффекты, связанные со снижением времени простоя машин и механизмов.

Потребность в проведении диссертационного исследования определялась необходимостью дальнейших изысканий в целях совершенствования теоретических и методических основ разработки и применения РВП, а также практических рекомендаций по их использованию.

Работа выполнена в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы; программ «Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», «Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года», а также планами научно-исследовательской работы ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева на период 2010-2012 годов.

Цель исследования. УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЕМ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ в процессе эксплуатации.

Объект исследований. Эксплуатационные характеристики автотракторных двигатели сельскохозяйственной техники; их изменения при применении присадок и РВП, обусловленные составом, свойствами и особенностями механизмов действия данных химических средств.

Предмет исследований. Изменение количественных и качественных показателей, характеризующих работу автотракторных ДВС при применении присадок и РВП. Совокупность трибохимических процессов, происходящих в ДВС, приводящих к изменению их эксплуатационных характеристик.

Методология исследований. В работе применен комплексный метод исследований, включающий в себя лабораторные триботехнические испытания, специальные химические и физико-химические исследования, стендовые и эксплуатационные испытания техники при применении РВП.

Для экспериментальных исследований использовались современные доступные средства измерений с наилучшими техническими и метрологическими характеристиками. Все использованные приборы внесены в Государственный реестр средств измерений РФ и имели действующие свидетельства о поверке.

Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием компьютерных программ Microsoft Office 2007 и MathCAD 13.

Научная новизна работы: 1. Сформулированы и экспериментально проверены теоретические принципы разработки новых РВП, реализующих металлоплакирующий эффект и предназначенных для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей; предложен метод приготовления новых РВП; предложен технологически целесообразный химический метод приготовления таких РВП.

2. Предложена новая методика лабораторного физико-химического анализа моторных масел, модифицированных металлоплакирующими РВП, на содержание ионов металлов, основанная на атомно-адсорбционной спектрометрии.

3. Разработан и запатентован новый состав - ремонтно-восстановительная металлоплакирующая присадка к смазочным материалам и композициям (положительное решение о выдаче патента на изобретение от 13.07.2011 по заявке №2010129498), предназначенный для улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей.

4. Получены новые результаты сравнительных испытаний присадок и препаратов – восстановителей, позволяющие сделать выводы об их эффективности в различных условиях и сформулировать рекомендации по применению таких средств для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик ДВС.

Практическая значимость работы заключается в разработке технической документации, изготовлении и внедрении ремонтно-восстановительного препарата «MedAl» (ТУ 38.01.00492931-2011), позволяющего эффективно влиять на трибологические характеристики трущихся деталей ДВС и, посредством этого, улучшать эксплуатационные характеристики автотракторных двигателей.

Получены новые результаты трибологических, стендовых и эксплуатационных испытаний РВП, принадлежащих к разным химическим группам.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием теоретических законов и положений трибологии и надежности машин, применением современных методик и измерительных приборов, допустимыми величинами ошибок вычислительных операций и подтверждена экспериментальными проверками в производственных условиях.

Реализация результатов работы. Результаты исследований могут быть использованы при эксплуатации автотракторных двигателей на автотранспортных и сельскохозяйственных предприятиях, в фермерских и личных подсобных хозяйствах.

Внедрение. Результаты исследований использованы ООО «Автохимия-Инвест» при подготовке технологической документации на присадку «MedAl» (ТУ 38.01.00492931-2011), внедрены на машинно-тракторной станции (МТС) РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, а также используются в учебном процессе РГАУ–МСХА.

Апробация работы. Результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных международных научно-практических конференциях РГАУ-МСХА (2009 - 2012); международных конференциях: «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (РНЦ «Курчатовский институт», М., 2010); «Трибология и экология» (МГАУ им. В.П. Горячкина, М., 2010); «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии» (МГАУ им. В.П. Горячкина, М., 2010); «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, М., 2010); «Научные проблемы эффективного использования тягово-транспортных средств в сельском хозяйстве» (МГАУ им. В.П. Горячкина, М., 2011 и 2012), «Нанотехнологии и наноматериалы в лесном комплексе» (МГУЛ, М., 2011), «Триботехнические основы повышения ресурса машин» (МГАУ им. В.П. Горячкина, М., 2012); 24-м Межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники в АПК» (СГАУ им. Н.И. Вавилова, Саратов, 2011).

Основные положения и результаты исследований были предметом обсуждения и получили одобрение на заседаниях кафедры «Механизации растениеводства» РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в период 2009-2012 гг.

Публикации. Результаты исследований отражены в семи печатных работах, в том числе четырёх статьях в печатных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, а также в описании к патенту на изобретение (положительное решение о выдаче патента от 13.07.2011 по заявке №2010129498).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков, 15 таблиц. Библиографический список насчитывает 150 наименований. Приложения содержат 20 страниц.

На защиту выносятся:

– теоретические принципы разработки металлоплакирующих РВП, предназначенных для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей;

– методика лабораторного физико-химического анализа моторных масел, модифицированных металлоплакирующими присадками и РВП, на содержание ионов металлов, основанная на технике атомно-адсорбционной спектрометрии;

– состав новой ремонтно-восстановительной металоплакирующей присадки для моторных масел (положительное решение о выдаче патента на изобретение от 13.07.11 по заявке № 2010129498);

– разработанный c участием автора новый металлоплакирующий РВП «MedAl» (ТУ 38.01.00492931-2011) для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей;

– результаты триботехнических, стендовых и эксплуатационных испытаний;

– внедрение и экономическая оценка результатов исследований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, приведена ее общая характеристика и научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» приведён анализ основных проблем качества ДВС автотракторной сельскохозяйственной техники; рассмотрены пути улучшения основных эксплуатационных характеристик ДВС, в том числе, показана возможность использования РВП для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик ДВС.

Также приведены результаты литературно-патентного обзора известных ремонтно-восстановительных препаратов для обработки трущихся соединений автотракторной техники, сформулированы цель и задачи исследования.

Основополагающий вклад в науку по разработке, исследованию и внедрению химических препаратов в целях повышения эксплуатационных характеристик двигателей автотракторной и сельскохозяйственной техники внесли ученые: В.И. Балабанов, В.Н. Быстров, Д.Н. Гаркунов, М.Н. Ерохин, А.С. Кужаров, Л.И. Куксёнова, В.П. Лялякин, С.С. Некрасов, В.Ф. Пичугин, Л.И. Погодаев, Г. Польцер, В.В. Стрельцов, А.В. Федотов, В.И. Цыпцын, В.И. Черноиванов и др.

Анализ научных исследований по проблеме, обобщение отечественного и зарубежного опыта позволили определить направление разработки препаратов, предназначенных для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных ДВС.

На основании проведенного анализа состояния вопроса, в соответствии с целью работы, поставлены следующие задачи исследования:

1) Сформулировать теоретические принципы разработки металлоплакирующих РВП, предназначенных для улучшения характеристик автотракторных ДВС в процессе их непрекращающейся эксплуатации, без проведения разборочно-сборочных операций.

2) Разработать методику лабораторного физико-химического анализа металлоплакирующих РВП и смазочных материалов, модифицированных данными препаратами, позволяющую контролировать содержание в них активных компонентов (ионов пластичных металлов).

3) Для проверки теоретических положений провести сравнительные физико-химические и триботехнические испытания присадок и РВП, выявить и сформулировать зависимости «состав присадки (РВП) - эффективность действия».

4) Разработать новый препарат-восстановитель, реализующий механизм металлоплакирования, предназначенный для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных ДВС.

5) Провести сравнительные триботехнические, стендовые и эксплуатационные испытания разработанного препарата «MedAl».

6) Осуществить внедрение разработки и дать экономическую оценку результатов исследования.

Во второй главе «Теоретические предпосылки улучшения эксплуатационных характеристик ДВС путём применения РВП» на основании имеющихся теоретических данных и результатов научно-практических исследований, приведённых в открытых источниках, показана возможность безразборного улучшения эксплуатационных характеристик ДВС, обоснованы подходы и пути решения этой проблемы.

Теоретическими предпосылками идеи «безразборного улучшения эксплуатационных характеристик ДВС» являются результаты исследования явлений самоорганизации триботехнических систем в трущихся соединениях, диссипации энергии, аномально низкого трения, эффектов П.А. Ребиндера и избирательного переноса при трении («эффекта безызносности») И.В. Крагельского, Д.Н. Гаркунова.

На основании этого, понятие «безразборное улучшение эксплуатационных характеристик ДВС» включает в себя комплекс технических и технологических разработок, позволяющих в процессе непрекращающейся эксплуатации добиваться улучшения эксплуатационных характеристик ДВС без проведения разборочно-сборочных операций.

При литературно-патентном анализе выяснено, что предпосылками эффективного действия металлоплакирующих присадок являются:

- Хорошая дисперсия металлоплакирующей присадки в моторном масле.

- Хорошая сорбция компонентов присадки, представляющих собой ПАВ, на защищаемой металлической поверхности, обусловленная дифильностью этих молекул.

- Протекание окислительно-восстановительных и обменных химических процессов при взаимодействии компонентов присадки с металлическими трущимися поверхностями.

- Ингибирование нежелательных химических процессов и быстрое удаление продуктов таких реакций из зоны трения.

Хорошая дисперсия достигается подготовкой компонентов для приготовления присадки и способом синтеза, исключающим коагуляцию (слипание) частиц продукта. Процесс синтеза должен осуществляться таким образом, чтобы помимо самого продукта образовывались и вспомогательные соединения, играющие роль стабилизаторов дисперсионной среды.

В качестве ПАВ, взаимодействующих с металлическими поверхностями, используются соединения, которые имеют высокомолекулярный углеводородный радикал, обеспечивающий растворимость всей молекулы в неполярном носителе – масле, и функциональные (эфирные, карбоксильные, гидроксильные) или ионные группы, обеспечивающие абсорбцию молекул ПАВ на поверхностях трения. Механизм взаимодействия ПАВ и металла поверхностей трения включает следующие стадии: подготовка поверхности, в частности вытеснение гидрофильных соединений; образование на металле абсорбционных (затем и хемосорбционных) плёнок; влияние на последующие трибохимические процессы на поверхности трения.

Доступными ПАВ, доказавшими свою эффективность при создании металлоплакирующих присадок, являются эфиры жирных кислот, модифицированные (нейтрализованные) жирные кислоты. Наиболее эффективной показали себя жирные кислоты: олеиновая, стеариновая, оксалиновая. Примеси других жирных кислот (пальмитиновой и др.) не ухудшают свойств присадок. Поверхностно-активные свойства усиливают мыла Na-, K-соли жирных кислот или их аналоги – соли (Zn-, Cu-, Al-, Sn-). Наличие ПАВ в зоне трения создаёт условия для протекания процессов плакирования пластичными металлами.

Протекание трибохимических окислительно-восстановительных процессов зависит от оптимальных концентраций реагентов в зоне трения, на которые не должны заметно влиять возможные изменения физических факторов (температуры, давления, реологических свойств системы). Также должны создаваться физико-химические условия для предпочтительного (с термодинамической точки зрения) протекания процессов восстановления пластичных металлов, входящих в состав присадки, и осаждения их на поверхностях трения. Соблюдение этих требований достигается, в первую очередь, подбором компонентов, входящих в присадку, то есть выбором соединения, в виде которого пластичный металл попадёт в зону трения, его формы, и оптимизацией концентрации активного компонента в присадке.

Наиболее подходящими соединениями пластичных металлов являются олеаты, стеараты, оксалаты и глицераты пластичных металлов в различных соотношениях.

Для ослабления нежелательных химических процессов в зоне трения, эффективным является глицерин, который с одной стороны смешивается с маслами и компонентами присадок, с другой хорошо растворяет и удаляет из зоны трения полярные продукты нежелательных химических процессов (окисленные, гидролизованные, частично разложившиеся).