НЕФТЬ И ГАЗ

УДК 656.1.065.3-047.58

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСХОДОВАНИЯ МОТОРНОГО МАСЛА АВТОМОБИЛЯМИ

Е. И. Макаров

г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет

Впроцессе работы моторные масла подвергаются воздействию различных факторов, например, таких, как высокая температура. Изменение температуры ведет к изменению вязкости масла. При высоких температурах вязкость уменьшается, и расход масла увеличивается.

Известно, что условия эксплуатации автомобилей изменяются по сезонам года. Действующая система нормирования расхода масла не учитывает, что сезонные условия влияют на интенсивность расходования моторного масла, в результате чего увеличиваются запасы масла или его количество оказывается недостаточным, и автомобили работают с выработавшим ресурс маслом. Это ведет к снижению их долговечности и увеличению затрат на ремонт.

Целью работы является снижение затрат на эксплуатацию автомобилей путем разработки методики планирования потребности в моторном масле с учетом сезонных условий, уменьшение на этой основе стоимости оборотных фондов и организация снабжения с учетом сезонных условий.

Для достижения этой цели решаются задачи, представленные ниже:

• Установить закономерности формирования расхода масла в переменных условиях эксплуатации.

• Разработать модель процесса потребления моторного масла парком автомобилей.

• Разработать программную реализацию модели процесса потребления моторного масла парком автомобилей.

• Выполнить расчет потребности в моторном масле

Всоответствии с действующими нормами расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте расход масла нормируется в литрах на 100 литров израсходованного топлива (табл. 1).

При этом не учитывается изменение условий эксплуатации. В работе рассмотрена иная схема формирования расхода моторного масла. Автором предложена система нормирования расхода моторного масла (рис. 1). Расход масла складывается из расхода на замену и расхода на долив. Первая компонента определяется интенсивностью эксплуатации автомобилей. Чем выше интенсивность эксплуатации, тем чаще меняют масло и тем больше расход на замену. Расход масла на долив зависит от интенсивности расходования масла и суммарного пробега автомобилей за рассматриваемый период. Интенсивность расходования масла повышается с увеличением температуры воздуха.

41

Таблица 1

Индивидуальные нормы расхода масел в литрах (смазок в кг) на 100 л общего расхода топлива автомобилем (Нормы расхода топлив и смазочных материалов

на автомобильном транспорте)

Марка,			Моторные			Трансмиссионные																									Специальные													Пластичные
модель			масла								масла																									масла								смазки
автомобиля
									Легковые																					0,03
Автомобили			0,6			0,1																																						0,1
ВАЗ всех
моделей и
модификаций																														0,05
ГАЗ-13, -14			1,8			0,15																																						0,1
ГАЗ-М20, -			2,0			0,15																								0,05														0,1
21, -22																														0,05
ГАЗ-24 всех			1,8			0,15																																						0,1
модификаций

Рис. 1. Предлагаемая система нормирования расхода моторного масла

Для моделирования процесса потребления моторного масла парком автомобилей использовались алгоритмы, представленные на рис. 2 и рис. 3.

42

Рис. 2. Укрупненная блок-схема моделирования потока требований на замену масла

Рис. 3. Укрупненная блок-схема моделирования потока требований на долив масла

43

В качестве исходных данных для моделирования используются закономерности изменения температуры воздуха и интенсивности эксплуатации автомобилей полученные в программе REGRESS. В рабочее поле программы выводятся данные по наработкам автомобилей после очередной замены масла. Если наработка достигает периодичности замены, то в ячейку вписывается «ТО». Количество случаев замены суммируется по месяцам.

По сходному алгоритму формируются требования на долив масла. Результаты моделирования представляются в виде таблицы (табл. 2) и графиков.

Таблица 2

Результаты моделирования

Интенсивность	Месяцы	Количе-	Расход	Суммарный	Средний	Среднемесячная	Количество	Расход	Итоговый
эксплуатации		ство	масла	пробег	пробег	температура	доливов	масла	расход
(км)		замен	на	автомобилей	(км/мес)	воздуха tºC	масла	на	масла (л)
			замену	за месяц				долив
			(л)	(км)				(л)
6650	Январь	132	3960	674549	8068	-14,3	396	1980	5940
6231	Февраль	116	3480	591954	6709	-15,4	356	1780	5260
5296	Март	109	3270	554660	6450	-6,5	327	1635	4905
3867	Апрель	74	2220	374808	4832	0,3	228	1140	3360
2599	Май	52	1560	262293	3848	10,1	166	830	2390
1872	Июнь	32	960	161075	2426	17,5	119	595	1555
1609	Июль	38	1140	190847	2875	19,0	105	525	1665
1940	Август	37	1110	186015	2778	18,5	124	620	1730
2787	Сентябрь	53	1590	267275	3799	11,2	173	865	2455
3870	Октябрь	76	2280	385113	5135	1,0	239	1195	3475
5050	Ноябрь	99	2970	502811	5685	-10,6	298	1490	4460
6211	Декабрь	121	3630	617273	7387	-12,7	374	1870	5500
	Итого:	939	23520	5999117	59991			14525	2905

Выводы:

•Расход масла складывается из расхода на замену и расхода на долив.

•Расход масла на замену определяется интенсивностью эксплуатации автомобилей. Учитывая, что в условиях Севера интенсивность эксплуатации выше зимой в связи с работой автомобилей по зимникам, необходимо отметить, что расход на замену выше в зимние месяцы.

•Расход масла на долив зависит от интенсивности расходования масла и суммарного пробега автомобилей за рассматриваемый период. Интенсивность расходования масла повышается с увеличением температуры воздуха, поэтому в летние месяцы она выше.

•Разработана методика расчета потребности в моторном масле с учетом сезонных условий.

•Разработана программная реализация модели процесса потребления моторного масла парком автомобилей.

•Выполнен расчет потребности в моторном масле.

44

УДК 621.822

АНАЛИЗ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ

В. И. Плеханов, О. В. Балина

г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет

В подавляющем большинстве эксплуатируемых установок, машин и механизмов присутствуют соприкасающиеся детали, движущиеся относительно друг друга и подвергающиеся при этом трению и износу. Поскольку избежать подобных процессов практически невозможно, на этапе конструирования с целью создания наилучших условий работы стремятся уменьшить трение и износ за счет использования определенных типов подшипников, наиболее подходящих для каждого конкретного случая. Процесс выбора того или иного типа подшипника может быть в одних случаях очень простым, в других целесообразно внимательно проанализировать его характеристики и показатели работы.

Наиболее широкое применение получили подшипники качения, что обусловлено рядом их преимуществ по сравнению с подшипниками других типов: простотой эксплуатации; полной взаимозаменяемостью; меньшим моментом сопротивления вращению, особенно в начале движения, а также при малых и средних частотах вращения; большей несущей способностью на единицу ширины подшипника; меньшим расходом смазочных материалов и цветных металлов; более низкими требованиями к материалам и термообработке валов. Недостатками подшипников качения являются ограниченный ресурс, особенно при больших скоростях; большое рассеивание сроков службы; высокая стоимость при мелкосерийном и индивидуальном производстве; большие радиальные габариты; меньшая способность демпфировать вибрации и удары.

Для смазки применяют различные смазочные материалы: жидкие масла, пластичные смазки и в особых случаях твердые материалы. Наиболее благоприятные условия для работы подшипников качения обеспечивают жидкие масла, для которых характерны такие признаки, как стабильность при работе, сравнительно небольшое сопротивление вращению, способность хорошо отводить тепло, очищать подшипники от продуктов износа. Пластичные смазки лучше, чем жидкие масла, защищают поверхности от коррозии, для удержания их в узле не требуется сложных уплотнений.

Главной проблемой подшипников является прочность. Зачастую она связана с начальной нагрузкой, которую всегда трудно установить точно. Момент сопротивления преднагруженного подшипника в период приработки быстро снижается. Поэтому начальную нагрузку можно контроли-

45

ровать только у новых подшипников, однако, повреждения могут происходить и при маленьких нагрузках, так как шарики и ролики имеют склонность к скольжению вместо качения. В обычных условиях правильно выбранный и правильно эксплуатирующийся подшипник может проработать в течение назначенного срока службы.

Повреждения, возникающие при работе подшипника, могут носить разный характер и иметь разные предпосылки. Внешние причины вызывают большинство преждевременных отказов. К явным причинам внешних повреждений, не компенсируемых самой лучшей подшипниковой сталью, можно отнести плохую смазку, некачественный монтаж, недостатки уплотнения, несоответствующие расчетам условия эксплуатации. По статистике около половины подшипников преждевременно выходят из строя по причине плохой смазки и около трети в результате некачественного монтажа. При этом дефекты в смазке влекут за собой перегрев, что может стать причиной заклинивания, а в предельных ситуациях смазка в подшипнике может даже воспламениться. К повреждениям, связанным с собственно подшипником – не соответствующая качеству подшипниковая сталь, неточная внутренняя геометрия, дефектные сепараторы и уплотнения. Кроме вышеперечисленных причинами выхода из строя подшипников являются усталостное (расслоение) и поверхностное (шелушение) выкрашивания, заедание (заклинивание), оттиски (отпечатки) от деформации, инкрустация инородными частицами, образование дорожек (канавок) на контактирующих поверхностях, надрывы, поверхностное окрашивание, абразивное и адгезивное изнашивания, электрическая точечная и фреттингкоррозии.

В качестве объектов исследования были взяты фрагменты (ролики, сепараторы, обоймы) однорядного роликового упорного подшипника регенеративного подогревателя (РП) с наружным и внутренним диаметром 780 и 440 мм соответственно и двухрядного роликового радиального подшипника дутьевого вентилятора (ДВ) с диаметрами наружным 380 мм и внутренним 180 мм.

С целью выявления причин разрушения обоих подшипников в соответствии со стандартной методологией для всех фрагментов были проведены визуальный осмотр для определения характера повреждений, механические испытания, определен химический состав материала, исследованы макро- и микроструктуры.

Визуальный осмотр подшипника РП показал повреждение одного из двух сепараторов в виде вырванных сегментов основы и поперечных элементов, разделяющих ролики. На поверхности обоих сепараторов присутствует сажистый налет. На наружной обойме видимых дефектов не зафиксировано. У подшипника ДВ все ролики по рабочей поверхности и наружная обойма имеют повреждения в виде выкрашивания. На поверхности качения наружной обоймы наблюдаются кратеры выкрошенного металла

46

диаметром до 50 мм, налипшие раскатанные фрагменты вырванного металла из обоймы и тел качения, а также трещины различной протяженности. Внутренняя поверхность сепаратора, а также его поверхность в местах прилегания роликов, имеет концентрические линии срезанного металла, и налипшие частицы, выкрошенные из тел качения.

Перед механическими испытаниями были проведены геометрические измерения роликов, которые показали незначительный разброс по их высоте и диаметрам.

Твердость определялась по методу Роквелла в соответствии со стандартной методикой алмазным конусом по шкале С на стационарном твердомере.

Для подшипника ДВ твердость на поверхности и в сердцевине роликов отличается незначительно, но не соответствует требованиям, предъявляемым к термической обработке элементов подшипников качения.

Для подшипника РП твердость на поверхности и в сердцевине роликов также отличается незначительно, но лежит в нижнем пределе требований, предъявляемым к термической обработке элементов подшипников качения, что говорит об удовлетворительном качестве термической обработки.

Результаты химического анализа материала фрагментов подшипников показали, что химический состав полностью соответствует подшипниковой стали марки ШХ15.

Для проведения металлографических исследований были вырезаны несколько участков подшипников. В число вырезанных элементов входили участки роликов и обоймы. Методика анализа включила: оценку состояния микроструктуры, исследование количества и характера распределения неметаллических включений, изучение качества наружной поверхности подшипников. Исследование загрязненности металла неметаллическими включениями проводилось при увеличении 100 крат на нетравленых шлифах по всему сечению элементов, после чего шлифы подвергались травлению в 3-4 % растворе азотной кислоты в спирте.

Вметалле подшипника ДВ наблюдались множественные неметаллические включения (преимущественно сульфиды), по размеру и количеству соответствующие 3,5 баллу по шкале (рис. 1), что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к загрязненности подшипниковых сталей неметаллическими включениями.

Вметалле подшипника РП наблюдались множественные неметаллические включения (преимущественно сульфиды), по размеру и количеству соответствующие 2 баллу по шкале (рис. 2), что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к загрязненности подшипниковых сталей неметаллическими включениями.

47

Рис. 1. Неметаллические	Рис. 2. Неметаллические
включения, 100	включения, 400

Металлографические исследования проводились при увеличениях 100 и 500 крат. Микроструктура металла роликов подшипника ДВ различна по сечению: в центре ролика бесструктурный мартенсит с равномерно распределенными мелкими карбидами (рис. 3), по кромкам мелкозернистый перлит с карбидами (рис. 4).

Рис. 3. Микроструктура	Рис. 4. Микроструктура
металла ролика	металла ролика на наружной
в центральной части, ×500	поверхности, ×500

Микроструктура металла роликов и наружной обоймы подшипника РП одинакова по сечению и состоит из бесструктурного мартенсита с равномерно распределенными мелкими карбидами (рис. 5), что характерно для данного типа стали и термообработки.

Рис. 5. Микроструктура металла роликов и обоймы, ×500

48

На основании комплексных исследований, проведенных сотрудниками на базе лаборатории металлов "Запсиборгрес", можно сделать следующие выводы.

Вподшипнике РП со стороны внутренней обоймы в локальных местах температура достигала температуры плавления сепаратора, что подтверждается наличием припоев металла сепаратора к поверхности роликов; превращение мартенситной структуры в перлитную металла роликов могло быть вызвано нагревом до температур, приведших к снижению твердости роликов и как следствие к снижению требуемых эксплуатационных характеристик; одной из причин перегрева могло послужить недостаточное количество смазки или плохой ее подвод к телам качения.

Вподшипнике ДВ при недостаточной толщине масляной пленки происходил сухой контакт поверхности качения роликов с беговыми дорожками на обоймах. В результате происходило точечное выкрашивание металла с образованием мостиков сварки. Во второй стадии развития повреждения, которая происходила после восстановления масляных пленок, масло, попадая в микротрещины от первичных повреждений, привело к массовым разрывам металла под действием гидродинамических сил и увеличению массы отделяемых фрагментов. Крупные частицы металла были раскатаны другими роликами, что в дальнейшем привело к стадии катастрофического износа.

Кроме указанных, вероятными причинами повреждения обоих подшипников могли стать применение смазки недостаточной плотности, либо перекос обойм при сборке (монтаже), о чем косвенно свидетельствует неравномерный износ поверхности роликов и обойм.

УДК 621.941.2.01

НАГРУЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ПРОЦЕССЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО РЕЗАНИЯ И МОДЕЛИ ОТКЛОНЕНИЙ ИХ РАСПОЛОЖЕНИЯ

Р. Ю. Некрасов, У. С. Путилова, Д. А. Харитонов

г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет

В процессе точения характерных для авиастроения фасонных деталей, имеющих, как правило, пониженную жесткость, доля их деформаций и отклонений расположения сложных поверхностей вращения (СПВ) деталей даже при относительно высокой жесткости станков с ЧПУ зачастую значительно превышает все остальные деформации и перемещения в ТС вместе взятые. В связи с этим необходимо решить задачу создания комплекса диагностических устройств для определения составляющих силы резания во взаимосвязи с деформациями и отклонениями расположения нагружаемых в процессе точения заготовок и других элементов ТС с це-

49

лью обеспечения последующего ввода коррекций в процесс обработки на станках с ЧПУ, компенсирующих погрешности обработки, выявленные при диагностике. При этом в соответствии с формируемой моделью компенсирующих коррекций траекторий движения ИРО станков с ЧПУ, их ввод должен компенсировать погрешности, связанные с переменными деформациями, отличающимися по величине при точении каждого фасонного конструктивного элемента заготовки.

С учетом назначения и функциональных возможностей комплекса элементов диагностической системы в работе реализована конструктивная проработка компоновочных решений в привязке к базе токарного станка ЧПУ мод. 16К20Ф3 с использованием метода 3D-моделирования, что позволило сформировать модель измерительного модуля.

Разработанная конструкция в ходе выполнения работы реализована в виде специализированного станочного диагностического модуля. Станочный диагностический модуль оснащен высокоточным индикатором перемещений 1 мод. ЛИР -17, обеспечивающим точность измерения до 0,1 мкм, а также шаговым приводом 2, управляемым от PCNC. Индикатор перемещений установлен в каретке 4 с возможностью ее точных перемещений в направлениях осей ОХ, ОZ по задаваемой управляющей программе. Модуль включает блок 3 цифровой индикации результатов измерений мод. ЛИР-531, при этом обеспечивается возможность передачи данных измерений и их регистрация на жесткий диск PCNC.

Работа с диагностическим модулем предусматривает следующую последовательность операций. В процессе предварительной диагностики конкретной технологической наладки перед обработкой первой заготовки в партии в соответствии с количеством отдельных конструктивных элементов обрабатываемой заготовки, устанавливается совокупность Ai, Bi,… Fi зон приложения нагрузки PXj, PYj к отдельным конструктивным элементам детали 4 (для которых технолог прогнозирует изменение размеров и формы сечения среза по принятой им схеме выполнения технологических переходов). При этом измерительный стержень 3 индикатора 1, перемещаемого в технологическом пространстве наладки с управлением от PCNC, последовательно взаимодействует с поверхностями Ai, Bi,… Fi конструктивных элементов фасонной детали 4.

Схема нагружения и соответствующего отклонения расположения конструктивного элемента Ai детали под нагрузкой представлена на рисунке. На схеме показан индикатор перемещений 1, установленный в каретке 2 диагностического модуля; измерительный стержень 3 индикатора 1; деталь 4; поджимаемый пружиной 5, элемент 6 нажимного устройства 7; инструментальная головка станка 8 и блок цифровой индикации БЦИ. Конструктивная привязка диагностического и нагрузочного модулей к базе токарного станка с ЧПУ мод. 16К20Ф3 вработевыполненасиспользованием3D-моделирования.

Иллюстрации наладок станочной диагностики нагружения и измерения отклонений расположения детали на участках траектории движения

50