НАУЧНАЯ ДИАГНОСТИКА ВЯЗКОСТИ МОТОРНОГО МАСЛА НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРОВЕДЕННЫХ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

УДК 665.6 

АННОТАЦИЯ

В данной статье в результате экспериментальных исследований, проведенных в суровых условиях, научно обоснована тема диагностики вязкости моторного масла, а также зависимость вязкости моторного масла от режима работы оборудования, выполняющего военные задачи в суровых условиях пустыни и гор. Разработано уравнение регрессии (двумя способами) для корреляции 40% и 60% образцов моторного масла. С помощью классических формул доказано, что относительное отклонение компрессионных колец увеличивается до 29,4% при повышении температуры моторного масла на .

ABSTRACT

As a result of experimental studies conducted in severe conditions, it is scientifically based on the topic of diagnosing the viscosity of motor oil, and the dependence of the viscosity of motor oil on the operational process of the equipment performing military tasks in harsh desert and mountain conditions is scientifically based. A regression equation (in two ways) was developed for the correlation of 40% and 60% samples of motor oil. It has been proven using classical formulas that the relative deflection of compression rings increases to 29.4% when the temperature of motor oil increases by .

Ключевые слова: моторное масло, вязкость, температура, дизельный двигатель, регрессионное уравнение, износ компрессионных колец, полевые условия, военная техника.

Keywords: motor oil, viscosity, temperature, diesel engine, regression equation, compression ring wear, field conditions, military equipment.

Введение. В суровых условиях пустыни и гор эксплуатация двигателей внутреннего сгорания военной техники сопровождается значительным изменением температуры моторного масла, что напрямую влияет на его вязкость и, как следствие, на износ деталей. Научно обоснованная диагностика вязкости моторного масла в полевых условиях позволяет своевременно прогнозировать ресурс двигателя.

Методы. Экспериментальные исследования проведены на дизельном двигателе военной боевой машины при наработке 960 мото/часов. Анализировалось моторное масло марки М10Г2К. Для 40% и 60% образцов масла выполнена корреляционная обработка данных с использованием двух методов: метода наименьших квадратов (МНК) и аналитического метода. Построены линейные регрессионные уравнения. Оценка износа компрессионных колец поршня выполнена по классической формуле относительного отклонения.

Любой движущийся механизм во время работы выделяет определенное количество тепла. Это количество выделяемого тепла влияет на сокращение срока службы механизма и ресурса деталей, в свою очередь, если механизм не охлаждается, происходит износ движущихся друг относительно друга деталей. В двигателях внутреннего сгорания для охлаждения деталей в основном используются вода и специальные масла, чтобы предотвратить износ материалов из-за трения. Специальные масла используются для охлаждения высокотемпературных деталей, когда вязкость воды недостаточна. При охлаждении высокотемпературных деталей тонкие эффективные слои (пленки), образуемые маслами, обладают свойством поглощать тепло и охлаждать деталь[1]. По мере повышения температуры эти эффективные слои истончаются, и после определенной температуры процесс поглощения тепла замедляется и прекращается. Группировка моторных масел также различается по вязкости, и их цена определяется соответственно. Для научного и практического обоснования зависимости от температуры моторного масла М10Г2К, используемого в дизельных двигателях военной техники, на основе теоретических и экспериментальных результатов была составлена следующая таблица 1.

Таблица 1 была составлена для облегчения построения уравнения регрессии на основе корреляции между образцами моторного масла с вязкостью и .

Таблица 1

Статистические данные корреляции образцов моторного масла с вязкостью и

уравнение регрессии.

Когда корреляция линейная, уравнение регрессии имеет вид . Коэффициенты и в этом уравнении находим, используя следующую систему нормальных уравнений.

Первый метод (метод наименьших квадратов):

                                                    (1)

Существует несколько методов решения системы уравнений (1), наиболее важными из которых являются метод Жордана-Гаусса, метод Крамера (метод определителей), метод алгебраического сложения и метод подстановки [2]. В этом случае, подставляя полученные величины из таблицы 1 в первую систему уравнений, получаем следующее (2).

                                                      (2)

здесь

найдено и подставлено в уравнение (1)   .

                                    (3)

На основе (3) формулы найденных коэффициентов и выводится требуемое уравнение регрессии

                                                (4)

Второй метод: (аналитический метод) используя результаты таблицы (1), мы вычисляем:

                           (5)

  (6)

                                                                           (7)

В обоих методах (4) и (7) уравнение регрессии для моторных масел
с вязкостью и одинаково, то есть линейно, и его график показан на рисунке 1. Самое важное, что результаты научных исследований, проведенных с использованием эмпирической формулы , очень близки друг к другу, что отражено в шестом столбце таблицы 1.

Рисунок 1. Логарифм моторного масла, линейный корреляционный график образцов

В таблице 2 ниже приведена температурная зависимость моторного масла М10Г2К, используемого в дизельном двигателе боевой машины, работающем со скоростью 960 мото/часов [3].

Таблица 2.

Температурная зависимость моторного масла М10Г2К, используемого в двигателе военной боевой машины

На первом ряду (Таблица 2) показан изгиб кольца высокого сжатия поршня двигателя.

При температуре износ компрессионного кольца составляет 0,17 грамма при работе на 960 мото/час, тогда как в двигателе при температуре моторного масла износ верхнего компрессионного кольца поршня составляет 0,22 грамма. То есть, при повышении температуры на разница в величине износа компрессионных колец поршня увеличивается на грамма.

Во второй строке (Таблица 2) показан средний расход моторного масла в результате сгорания, выраженный в процентах от расхода топлива. То есть, при расходе 100 литров топлива боевыми машинами расход моторного масла при температуре составляет 0,51 %, а при повышении температуры на расход моторного масла увеличивается на 0,05 % [4]. В литрах это будет выглядеть следующим образом:

В третье строке (Таблица 2) показано увеличение износа деталей двигателя, общего износа Fe/час (определяемого количеством частиц железа в моторном масле): количество металлических частиц в моторном масле на грамм при температуре составляет 2,65 грамма, а при температуре — 3,07 грамма, то есть с повышением температуры содержание металлических частиц в моторном масле увеличивается на 0,42 грамма.

Изучая отложения металлических частиц в моторном масле двигателей внутреннего сгорания, мы можем получить информацию о том, какие детали или узлы двигателя подвержены износу в результате трения между ними, то есть, если моторное масло содержит частицы алюминиевого сплава, износ происходит в головке блока цилиндров или поршне; если обнаружены частицы железа, то в поршне или уплотнительном кольце; если обнаружены частицы бронзы, то износ происходит во втулке; а если обнаружен баббитовый сплав, то износ происходит в гильзе цилиндра [5].

На основе вышеизложенного мы проведем математический статистический анализ, используя метод сравнения эксплуатационных свойств моторного масла при и .

Метод 1. Для этого мы сводим в таблицу 2 результаты исследования моторного масла М10Г2К при и в качестве корреляционной связи и строим уравнения регрессии для простейшего и наиболее точного метода быстрого сравнения.

В таблице 2, для упрощения построения уравнения регрессии, все величины представлены в виде общей суммы.

                                                            (8)

Из функциональной связи видно, что, используя параметры моторного масла , , можно сформировать коррелированное регрессионное уравнение [6]. Для сравнения температур использовалось линейное регрессионное уравнение. Неизвестные параметры и находим по следующей формуле:

                                               (9)

                                           (10)

В данном случае мы вывели уравнение линейной регрессии для температуры моторного масла при . Из уравнения линейной регрессии видно, что, поскольку коэффициент больше «1», уравнение линейной регрессии возрастает с повышением температуры, согласно по дисциплине «Функциональному анализу» [7].

Близость полученного уравнения регрессии к экспериментальным точкам показана в седьмом столбце таблицы 2.

Из этого можно сделать вывод, что экспериментальные точки очень близки друг к другу с уравнением линейной регрессии, то есть корреляция между первым и вторым методами очень близка.

                            (11)

При повышении температуры воздуха на отклонение компрессионного кольца поршня рассчитывалось по следующей классической формуле (11).

Рисунок 2. График изменения кинематической вязкости моторных масел при температурах от до .

Когда военная машина работает со скоростью 960 мото/часов в час, а температура воздуха повышается на , относительный износ поршневых компрессионных колец можно определить, используя следующую классическую формулу.

      (12)

где - коэффициент, представляющий изгиб компрессионного кольца поршня (указан в процентах).

Прогиб компрессионных колец поршня был рассчитан на основе результатов, представленных в первой строке, втором и третьем столбцах таблицы 2 научной исследовательских работ [8].

На основании вышеизложенного, используя результаты таблицы корреляционной статистики переменных и образцов моторного масла, с помощью метода наименьших квадратов и аналитических методов была получена линейная корреляция образцов моторного масла.
С помощью классических формул было доказано, что при повышении температуры моторного масла на относительный износ компрессионных колец увеличивается до 29,4%.

Результаты. В обоих методах получено одинаковое линейное уравнение регрессии, описывающее корреляцию между выборками масла. Установлено, что при повышении температуры моторного масла на 10°С относительное отклонение (износ) компрессионных колец поршня увеличивается до 29,4 %. Также выявлено, что при том же повышении температуры:

• износ верхнего компрессионного кольца возрастает на 0,05 грамма;
• расход моторного масла (на 100 л топлива) увеличивается на 0,05 %;
• содержание металлических частиц (Fe) в масле повышается с 2,65 грамма до 3,07 грамм.

Заключение. Разработанное уравнение регрессии позволяет оперативно диагностировать вязкость моторного масла в полевых условиях без сложного лабораторного оборудования. Полученные температурные зависимости могут быть использованы для прогнозирования ресурса двигателя и оптимизации периодичности замены масла в военной технике, эксплуатируемой в экстремальных климатических условиях.

Список литературы:

1. Смирнов К. Л, Обоснование выбора моторного масла для двигателя внутреннего сгорания автомобиля / К. Л. Смирнов, А.С. Семыкина, Н.А. За-городний // Современные материалы, техника и технологии. - 2019. - №1. - С. 115–122.
2. Королев А.Е. Диагностическая информативность моторного масла / А.Е. Королев // Аллея науки. - 2018. - Т.1. - №9. - С. 760–767.
3. Парпиева А.Ж., Махмудов Н.А., Тухлиев Ш. Измерение и математический анализ переменных параметров нефтепродуктов в резервуарах с помощью автоматического устройства // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 12(129). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18970
4. Н.И. Итинская, Н.А. Кузнецов Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям // Москва “Колос”. 1982. С. 49-51.
5. А.Ж. Парпиева Математическое решение задач распределения горючих продуктов на военной технике в чрезвычайных условиях // Universum технические науки № 10 (115) октябрь, 2023 г.
6. Рыжков Н. Р. Исследование моторных масел и их влияние на работу автомобильного транспорта / Н. Р. Рыжков, С. А. Максимов, Г.В. Бойко // Молодой учёный. - 2017. - № 14. - С. 98–101.
7. Гуреев А.А. Химотология / А.А. Гуреев, И.Г. Фукс, В.Л. Лашхи. - М.: Химия, 1986. - 368 с.
8. Королев А.Е. Обобщенная оценка годности моторного масла / А.Е. Королев // Заметки ученого. - 2016. - №3. - С. 114–118.
9. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография / О.В. Кузовлева, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, Н.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, Д.В. Малий, Ю.Е. Титова, С.Е. Александров, Н.А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 245 с.

References:

1. Smirnov K.L., Semykina A.S., Zagorodny N.A. Justification of the Choice of Motor Oil for Internal Combustion Engine of the Car // Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii. - 2019. - No. 1. - P. 115–122. (In Russ.)
2. Korolev A.E. Diagnostic Informative Value of Motor Oil // Alley of Science. - 2018. - Vol. 1. - No. 9. - P. 760–767. (In Russ.)
3. Papiyeva A.Zh., Mahmudov N.A., Tukhliyev Sh. Measurement and Mathematical Analysis of Variable Parameters of Oil Products in Tanks Using Automatic Device // Universum: tekhnicheskiye nauki. 2024. 12(129). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18970 (In Russ.)
4. Itinskaya N.I., Kuznetsov N.A. Directory on Fuels, Oils and Technical Liquids // Moscow: Kolos. 1982. - P. 49-51. (In Russ.)
5. Papiyeva A.Zh. Mathematical Solution of Problems of Distribution of Fuel Products on Military Equipment in Extreme Conditions // Universum: tekhnicheskiye nauki. No. 10 (115). October, 2023. (In Russ.)
6. Ryzhkov N.R., Maksimov S.A., Boyko G.V. Study of Motor Oils and Their Influence on the Operation of Automobile Transport // Molodoy uchonyi. - 2017. - No. 14. - P. 98–101. (In Russ.)
7. Gureyev A.A., Fuks I.G., Lakhshi V.L. Khimotologiya // Moscow: Khimiya, 1986. - 368 p. (In Russ.)
8. Korolev A.E. Generalized Assessment of the Suitability of Motor Oil // Zametki uchenogo. - 2016. - No. 3. - P. 114–118. (In Russ.)
9. On the State of the Pre-Transformation of Metals and Alloys: Monograph // Kuzovleva O.V., Gvozdyev A.E., Tikhonova I.V., Sergeev N.N., Breki A.D., Starikov N.E., Sergeev A.N., Kalinin A.A., Maliy D.V., Titova Yu.E., Alexandrov S.E., Krylova N.A. Tula: Izdatel'stvo TulGU, 2016. - 245 p. (In Russ.)