Установка для определения смазывающих свойств автомобильных технических жидкостей в эксплуатации

Статья описывает конструкцию и работу машины трения, созданной на основе метода четырёх шариков, которая позволяет изучать изменения смазочных характеристик автомобильных технических жидкостей и масел в реальных условиях эксплуатации. Выполнена калибровка установки для измерения смазочных свойств, а также определена зависимость частоты вращения от величины напряжения тока.

Ключевые слова: смазывающие свойства, машина трения, моторное масло.

The article describes the design and operation of a friction machine based on the four-ball method, which makes it possible to study changes in the lubricating characteristics of automotive technical fluids and oils in real-world operating conditions. The installation for measuring the lubricating properties has been calibrated, and the dependence of the rotation speed on the voltage has been determined.

Keywords: lubricating properties, friction machine, engine oil.

Моторное масло играет ключевую роль в защите деталей двигателя от износа и обеспечении плавной работы всех механизмов. Правильный выбор смазочного материала помогает уменьшить потребление топлива и поддерживает стабильную работу двигателя, увеличивая его срок службы и улучшая динамику автомобиля. Однако со временем масло утрачивает свои полезные качества и нуждается в замене [1,2]. Оптимальным решением будет замена масла исходя из его текущего состояния [3]. Так как главная функция масла заключается в снижении трения и износа, определение его смазывающих свойств представляет собой важную задачу [4,5].

Дизельное топливо также должно обладать смазывающими свойствами, поскольку от этого напрямую зависит надежность топливной аппаратуры [6,7,8].

Смазочные свойства оцениваются с помощью машин трения, где поверхности трения разделяются масляной прослойкой. Для проведения испытаний используют различные типы устройств, включая машины с четырьмя шариками, а также машины, работающие по методикам Тимкена, Нима, Фалекса, Алмена-Виланда и другим [9,10]. Для быстрого определения трибологических характеристик моторных масел после определенного периода работы (пробега) мы создали и модернизировали специальное устройство трения, использующее метод четырех шариков [11].

Электродвигатель 1 приводит во вращение обойму подшипника, соприкасающуюся с шарами в обойме 3 наполненной испытуемым маслом. Обойма 3 прижимает шары к шару 1 при помощи рычага 4 и давления груза 5. Переменное напряжение 220 вольт питает регулятор тока 6, который в свою очередь преобразует 220 вольт переменного тока в 5 вольт постоянного и питает электродвигатель.

Рис. 2. Электрическая схема установки для определения смазочных свойств автомобильных технических жидкостей и масел автомобилей в эксплуатации: 1 — блок питания; 2 — датчик напряжения, тока и мощности; 3 — электромотор; 4 — датчик частоты вращения; 5 — микроконтроллер; 6 — компьютер

Общий вид машины трения представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Общий вид установки для определения смазывающих свойств автомобильных технических жидкостей: 1 — электродвигатель; 2 — рукоятка; 3 — пульт управления; 4 — ванна; 5 — подшипник;

6 — площадка

Технические характеристики машины трения:

1. Электродвигатель:

а) Мощность 0,055 кВт;

2. Размеры машины трения (Д х Ш х В): 37,5 х 37,5 х 75 мм.
3. Шарик:

а) Ø = 12 мм.

4. Размеры обоймы (Д х Ш х В): 37 х 37 х 30 мм.
5. Размер платформы (Д х Ш х В): 240 х 95 х 80 мм.

Для того чтобы проверить погрешность измерения напряжения и тока было проведена тарировка, её результаты приведены на рисунке 4.

Путем изменения напряжения питания была выявлена зависимость частоты вращения от напряжения (рисунок 5).

Установлено, что минимальное напряжение питания не должно быть ниже 4 В, а максимальный ток не превышает 1,6 А при нагрузке до 10 Н. Поэтому разработанная машинка трения может быть запитана от распространенных блоков питания 5В, 2А.

Рис. 4. График тарировки датчика силы тока

Также были проведены замеры зависимости частоты вращения от напряжения тока и изменения при этом силы тока. Сила тока в режиме холостого хода изменяется от 0,9 до 1,1 А при напряжении питания 4–6 В. Зависимость частоты вращения от напряжения показана на рисунке 5.

Повышение нагрузки на шарики приводит к увеличению силы тока, а также мощности при неизменном напряжении. При данных условиях представляется возможным вычислить и коэффициент трения .

Выводы

Разработанная установка для тестирования трения позволяет выполнить анализ смазочных свойств различных технических жидкостей как в новом состоянии, так и после определённого интервала пробега в процессе эксплуатации, оценивая изменения параметров тока, напряжения, нагрузки, частоты вращения;

Литература:

1. Васечкин У. А. Изучение смазывающих свойств масел на машине трения / Васечкин У. А., Котельников С. Н., Торговцев К. А., Стрельников А. Н., Кокоуров Д. В. // Молодежный вестник ИрГТУ. 2022. Т. 12. № 4. С. 680–687.
2. Коровушкин В. В. Исследование антифрикционных свойств пластичных смазочных материалов в условиях трения качения / Коровушкин В. В., Шилов М. А., Усольцева Н. В., Прожега М. В. // В сборнике: XXXVI Международная инновационная конференция молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС — 2024). Сборник трудов конференции. Москва, 2024. С. 194–198.
3. Кривцова Т. И. Изменение смазывающих свойств автомобильных моторных масел в течение межсервисного пробега / Кривцова Т. И., Кривцов С. Н. // Транспорт Урала. 2021. № 4 (71). С. 84–89.
4. Дунаев А. В. Портативная установка для экспресс-сравнения триботехнических свойств масел / Дунаев А. В., Ломовских А. Е., Солод А. Д., Стародубцев Д. А., Волокитин А. А., Чернышов А. В. // В сборнике: Проблемы совершенствования машин, оборудования и технологий в агропромышленном комплексе. материалы международной научно-технической конференции. 2019. С. 269–272.
5. Попов А. В. Изменение смазывающих свойств моторных масел при попадании воды и антифриза / В сборнике: «Транспортные и транспортно-технологические системы». Материалы международной научно — технической конференции. Ответственный редактор Н. С. Захаров. 2015. С. 260–264.
6. Кривцов С. Н. Изменение смазывающих свойств дизельного топлива при добавлении в него растительного масла / Кривцов С. Н., Кривцова Т. И. // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2021. Т. 18. № 5 (81). С. 534–543.
7. Иовлева Е. Л. Исследование качества арктического дизельного топлива, привозимого в Республику Саха (Якутия) // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. № 3(80). С. 58 -361
8. Носова Е. В. Экспериментальное исследование качества дизельного топлива / Носова Е. В., Сапрыгина В. Н. // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6 (53). С. 69–72.
9. Лужнов Ю. М. Основы триботехники: учеб. пособие / Ю. М. Лужнов, В. Д. Александров; под ред. Ю. М. Лужнова. — М.: МАДИ, 2013. — 136 с.
10. Кривцова Т. И. Установка для определения смазывающих свойств моторных и трансмиссионных масел автомобилей в эксплуатации // Кривцова Т. И., Кривцов С. Н., Седалищев М. Н. // В сборнике: Актуальные вопросы инженерно-технического и технологического обеспечения АПК. Материалы IX Национальной научно-практической конференции с международным участием. Молодёжный, 2021. С. 19–24.
11. Теоретические предпосылки определения смазывающих свойств топлив в условиях эксплуатации с помощью шариковой машинки трения / Кривцов С. Н., Кривцова Т. И., Ячменев А. А. // Актуальные вопросы аграрной науки. 2023. № 47. С. 18–26.