Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач
![Диссертация: Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач](https://gugn.ru/work/2959665/cover.png)
Основными техническими преимуществами растительных масел в сравнении с нефтяными являются лучшие вязкостные и трибологические свойства. Это обстоятельство существенно повышает благоприятность их использования с экологических позиций, поскольку в ряде случаев дает возможность ограничить использование химически активных присадок, а иногда и совсем отказаться от их применения. К основным недостаткам… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. ПОДБОР И ПРИМЕНЕНИЕ МАСЕЛ ДЛЯ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
- 1. 1. Червячные передачи и особенности их работы
- 1. 2. Трение, износ и смазка в червячных передачах
- 1. 3. Растительные масла, их преимущества и недостатки
- 1. 4. Синтетические масла, их преимущества и недостатки
- 1. 5. Обоснование цели и задач исследования
- ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- 2. 1. Физико-химические характеристики компонентов масел для червячных передач
- 2. 2. Методы оценки триботехнических свойств масел
- 2. 3. Математические методы планирования эксперимента
- ГЛАВА 1. П ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ
- 3. 1. Трибологические свойства базовых масел в паре трения «сталь-бронза»
- 3. 2. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов
- ГЛАВА IV. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРИБО ЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СМЕСЕЙ МАСЕЛ
- 4. 1. Нахождение коэффициентов систем линейных уравнений
- 4. 2. Статистическая проверка гипотез
- 4. 3. Принятие решений
- 4. 4. Оптимизация состава методом преобразования исходных линейных уравнений регрессии
- ГЛАВА V. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ МАСЕЛ
- ВЫВОДЫ
Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Одной из важнейших проблем современности является защита окружающей среды от вредных выбросов топливно-энергетическими установками. Тепловые электростанции, котельные и автомашины являются крупными потребителями твердого, жидкого и газообразного топлива. В ближайшие 20 лет нефть, уголь, природный газ и атомная энергия будут, как и сегодня, покрывать 98% потребности в энергии. Использование высокосернистых соединений, жидких, твердых и газообразных топлив, а также низкокачественных смазочных материалов приводят к загрязнению воздушного бассейна сернистым и серным ангидридами, летучей золой, оксидами азота, соединениями ванадия и солями натрия [1].
В последнее время вновь появился интерес к техническому использованию в производстве товарных масел растительных и животных жиров. Это обусловлено, прежде всего, экологическими проблемами, сокращением разведанных запасов и объемов добычи нефти.
Возрастание угрозы глобального экологического кризиса требует принципиально нового подхода к решению проблем предотвращения загрязнения окружающей среды и создания замкнутого кругооборота диоксида углерода. Смазочные материалы, как свежие, так и отработанные, являются одним из основных источников загрязнения био гидро-, литои атмосферы. Одна из главных причин этого — низкая биоразлагаемость масел и смазок, особенно из нефтяного сырья и на основе синтетических углеводородов. Некоторые нефтяные и синтетические смазочные материалы и их компоненты являются экотоксичными продуктами.
В настоящее время в странах Западной Европы потребляют около пяти миллионов тонн смазочных масел. Примерно половина, этого количества теряется в процессе эксплуатации и около 1,05 миллионов тонн масел попадает в окружающую среду вследствие проливов и утечек масел в гаражах, на промышленных предприятиях и автострадах. Сжигание отработанных масел также приводит к серьезному загрязнению биосферы [2].
Альтернативой в этом случае могут служить масла растительного и синтетического происхождения, а также их смеси, обладающие высокой биоразлагаемостью и не токсичные. Использование этих продуктов возможно для производства практически всех видов смазочных материалов — масел, пластичных смазок, смазочно-охлаждающих технологических средств и технологических смазок. Важным аргументом в пользу применения растительных масел и их смесей с синтетическими маслами является также ограниченность ресурсов нефти, газа и угля и необходимость поиска новых источников сырья.
Возобновляемость сырьевых ресурсов и относительная их дешевизна по сравнению с биоразлагаемыми, экологобезопасыми синтетическими продуктами обусловливают в настоящее время целесообразность расширения работ по применению жиров в технике. Высокая стоимость и дефицитность синтетических полигликолевых масел с высоким уровнем биоразлагаемости (близким к растительным маслам — 85−90%) существенно сдерживает их применение.
Проблема применения растительных масел представляет практический интерес как для развитых, так и для развивающихся стран. Последние в этом случае имеют возможность вместо импорта нефтяных и синтетических смазочных материалов использовать собственную сельскохозяйственную продукцию. Для получения растительных масел используют масличные растения, принадлежащие к различным ботаническим семействам. Ведущее место в мировом земледелии занимают такие травянистые масличные культуры, как соя, подсолнечник, хлопчатник, арахис, лен и кукуруза. В производстве смазочных материалов наиболее часто применяют масла полувысыхающие (рапсовое, подсолнечное, хлопковое) и касторовое, а также кокосовое и пальмовое.
Касторовое масло, благодаря уникальности своих свойствневысыханию, высокой вязкости и сравнительно низкой температуре застывания — издавна используется в производстве смазочных материалов. Одновременно оно является единственным источником промышленного получения 12-оксистеариновой кислоты — важнейшего компонента в производстве литиевых смазок.
С современной точки зрения в качестве основы или компонента смазочного материала оптимальным вариантом по доступности, стоимости и физико-химическим характеристикам является рапсовое масло [2]. За рубежом этот продукт уже давно используют как масло специального назначения или добавку к смазочным материалам, а в Европе используется и как базовое масло. В обозримом будущем рапсовое масло может вытеснить до 40−50% нефтяных моторных и трансмиссионных масел. Мировое производство рапсового масла составляет около 8 миллионов тонн в год (1989г). Для достижения оптимальных эксплуатационных свойств (прежде всего трибологических) рапсовое масло должно быть очищено от ряда компонентов, снижающих стабильность продукта при хранении, придающих ему неприятный запах и темный цвет.
Основными техническими преимуществами растительных масел в сравнении с нефтяными являются лучшие вязкостные и трибологические свойства. Это обстоятельство существенно повышает благоприятность их использования с экологических позиций, поскольку в ряде случаев дает возможность ограничить использование химически активных присадок, а иногда и совсем отказаться от их применения. К основным недостаткам растительных масел следует отнести низкую стабильность и в большинстве случаев плохие низкотемпературные характеристики. Указанные недостатки частично устраняются смешением растительных масел с нефтяными маслами, хотя при этом ухудшаются экологические свойства смазочного материала. Все более широкое применение в настоящее время получают и синтетические масла. Значение их быстро растет, что определяется высокими требованиями современной техники к смазочным материалам. В общем случае, синтетические смазочные масла превосходят масла на нефтяной основе по следующим показателям — температуре застывания, термоокислительной стабильности, индексу вязкости, испаряемости, температуре вспышки, противоизносным свойствам и экологическим показателям [3].
Наиболее эффективно преимущества растительных и синтетических (полигликолевых) масел проявляются при применении их в качестве смазочной среды в червячных передачах. В этом случае наблюдается значительное снижение потерь энергии в передачах, но, вместе с тем, в полной мере проявляются и основные недостатки растительных и синтетических масел, описанные выше.
Цель и задачи исследования
Цель работы — создание высокоэффективных энергосберегающих смазочных масел для червячных передач на базе обоснованного подбора смесей нефтяных, растительных и синтетических компонентов.
Основные задачи работы: подобрать оптимальные по составу нефтяной, растительный и синтетический компоненты для разрабатываемых масел используя данные литературы и проведенных лабораторных исследований. провести лабораторные исследования антифрикционных, противоизносных и реологических характеристик смесей масел нефтяного, растительного и синтетического происхождения при варьировании в широких пределах содержания указанных компонентов. Показать преимущества этих смесей по эксплуатационным свойствам, а также по экологическим и экономическим критериям в сравнении с раздельным применением нефтяйых, растительных и синтетических масел. Разработать математическую модель и вывести уравнения, описывающие зависимости исследуемых характеристик этих смесей от их состава. найти область концентраций компонентов исследуемых смесей, в которой обеспечиваются одновременно наилучшие антифрикционные, противоизносные и вязкостно-температурные свойства. провести стендовые испытания разработанных масел в червячных редукторах с целью подтверждения результатов исследования и установленных закономерностей.
Научная новизна. Впервые показана возможность регулирования физико-химических и эксплуатационных свойств масел для червячных передач на основе смесей компонентов нефтяного, растительного и синтетического происхождения путем изменения их состава и соотношения компонентов.
Методами математического моделирования решена задача оптимизации состава масел для червячных передач путем нахождения области концентраций компонентов, в которой обеспечиваются наименьшие величины коэффициентов трения и износа и наибольший индекс вязкости.
Установлено, что масла на смесях компонентов различного происхождения при оптимальном их сочетании заметно превосходят по антифрикционным, противоизносным, вязкостно-температурным и экономическим показателям отдельно используемые нефтяные, растительные и синтетические масла.
Практические результаты работы. При участии автора разработан состав смазочных композиций на основе оптимального сочетания смесей нефтяного, растительного и синтетического масел, и показано, что по результатам лабораторных и стендовых испытаний они превосходят по смазочным и вязкостно-температурным свойствам нефтяные масла.
Разработан алгоритм оптимизации составов трехкомпонентных смазочных композиций по их антифрикционным, противоизносным и вязкостно — температурным характеристикам.
Разработаны программы для ПЭВМ, позволяющие обрабатывать результаты трехфакторного эксперимента и оптимизировать составы трехкомпонентных композиций (симплексно-центроидный план).
Продукты на смешанной основе прошли с положительными результатами испытания на Карачаровском механическом заводе и рекомендованы в качестве масел для червячных редукторов.
ВЫВОДЫ.
1. Установлена возможность улучшения антифрикционных и противоизносных свойств нефтяных масел, используемых в червячных передачах, путем их смешения с растительным рапсовым маслом и синтетическим (полипропиленгликоль) компонентами.
2. Методом построения диаграмм «состав — свойства» найдены области оптимальных значений трибологических и реологических свойств для определенного соотношения смесей нефтяного (до 80%), растительного (до 40%) и синтетических (до 100%) компонентов.
3. Впервые на основе лабораторных испытаний изучены, разработаны и оптимизированы составы трехкомпонентных масел на смешанной основе, позволяющие значительно улучшить эксплуатационные показатели червячных передач.
4. По модифицированной методике РД 50−531−85, разработанной в ИМАШ РАН, оценена кинетика изнашивания бронзовых образцов и противозадирные свойства лучших композиций масел и показано, что по изученным характеристикам разработанные масла существенно превосходят нефтяное масло И-40А.
5. Результаты оценки антифрикционных свойств масел, полученные методами математического моделирования весьма точно коррелируют с результатами лабораторных и стендовых испытаний на полноразмерных редукторах.
6. Разработаны энергосберегающие масла на смешанной основе для червячных передач, содержащие масло нефтяное И-40А (74−78%масс.), растительное рапсовое (20−24%масс.) и полипропиленгликоль (до 100%), позволяющее увеличить КПД червячных редукторов на 2−6%.
Список литературы
- Черненков И. И., Гаврилов А. А. Охрана окружающей среды от загрязнения сернистыми соединениями. М.: ЦНИИТЭнефтехим. 1976, 56 с.
- Bisht R. В. P. S., Sivasankaran G. A., Bhatia V. К. Journal of Scientific and Industrial research. 1989, 48, № 4, p. 174−180.
- Synthetic Lubricant. Product Review. Industrial Lubrication and Tribology. 1989, № 6, p. 10−17.
- Левитан Ю. В., Обморнов В. П., Васильев В. И. Червячные редукторы. Справочник. Л.: Машиностроение. 1985,168 с.
- Багдасаров Л. Н. Разработка рабоче-консервационного масла для червячных передач. Дисс. канд. техн. наук. М.: ГАНГ. 1991, 108 с.
- Стерхов А. В. Исследование и разработка масел для червячных редукторов на основе смесей полигликолей. Дисс. канд. техн. наук. М.: ГАНГ. 1996, 111 с.
- Бершадский Л. И., Бойко Л. С. и др. Выбор и применение новых смазочных материалов в редукторах общего назначения. М.: НИИ Маш. 1983, 120 с.
- Фукс И. Г., Буяновский И. А. Введение в трибологию. М.: Нефть и газ. 1995, 278 с.
- Браун Э. Д., Буше Н. А., Буяновский И. А. и др. Основы трибологии, (трение, износ, смазка). М.: Центр «Наука и техника». 1995, 778 с.
- Типаж мотор-редукторов и редукторов общего назначения. М.: НИИ Маш. 1980, 24 с.
- Мельников В. Г. Трибологические и коллоидно-химические аспекты действия фторорганических модификаторов трения в моторных маслах. ХТТМ, 1997, № 5, с. 32−37.
- Матвеевский Р. М. Развитие теории граничной смазки. Трение и износ.1990, Т 11,№ 6, с. 1103−1111.
- Боуден Ф. П., Тейбор В. Трение и смазка твердых тел. М.: Машиностроение. 1968, 542 с.
- Moller U. J. Tribologie und Schmierumgstechnik. 1990, Bd. 37, № 24, s. 188 192.
- Липкин Г. И. Применение рапсового масла в качестве смазочного материала. Переработка нефти и нефтехимия. Экспресс-информация.1991, № 2, с. 22−23.
- Евдокимов А. Ю., Мешеряков С. В., Фукс И. Г. и др. Химическая переработка жиров с целью использования их в качестве компонентов топлив и смазочных материалов. Нефтепереработка и нефтехимия. 1992, № 5, с. 29−36.
- Евдокимов А. Ю. Растительные масла в производстве присадок к смазочным материалам. Переработка нефти и нефтехимия. Экспресс-информация. 1992, № 14, с. 13−18.
- Кулиев Р. М., Ширинов Ф. Р., Кулиев Ф. А. Физико-химические свойства некоторых растительных масел. ХТТМ, 1999, № 4, с. 36−37.
- Фукс И. Г., Евдокимов А. Ю., Лашхи В. Л., Сайдахмедов Ш. М. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. М.: Нефть и газ. 1993, 164 с.
- Динцес А. И., Дружинина А. В. Синтетические смазочные масла. М.: Гостоптехиздат. 1958, 350 с.
- Гундерсон Р. С., Харт А. В. Синтетические смазочные материалы и жидкости. Пер. с англ. под ред. Г. В. Виноградова. Л.: Химия. 1965, 385 с.
- Калайтан Е. И. Смазочные масла для реактивных двигателей. М.: Химия. 1968,195 с.
- Виппер А. Б., Виленкин А. В., Гайснер Д. А. Зарубежные масла и присадки. М.: Химия. 1981,187 с.
- Белов П. С., Виппер А. Б., Заворотный В. А. и др. Производство и применение моторных масел на синтетической основе. Обз. инф. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1979,44 с. (Сер.: Переработка нефти).
- Танидзаки Есихару Юкагику. 1980, Т. 29, № 9, с. 336−343. Перевод № 6963. ВНИИПКнефтехим. Киев, 1982.
- Williamson Е. Inform. Chim. 1980, № 202, р. 155−163.
- Nehls. Beschaffung aktuell. 1983, № 8, s. 2.
- Коренев К. Д. Сложноэфирные смазочные масла на основе допступного нефтехимического сырья. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1993, № 7 с. 18−21.
- Popular Science (США). 1987, V. 230, № 3, р. 24. БИНТИ № 20 (2318).
- Фонтана С. Катионная полимеризация. Под ред. П. Плеша. М.: Мир. 1966, с. 184−188.
- Основы технологии нефтехимического синтеза. Под ред. А. Н. Динцеса и Л. А. Потоловского. М.: Гостоптехиздат. i960, 846 с.
- Chem.Week. 1977, М 121, № 22, р. 51.
- Imparato L. ATA. 1974, 27, № 9, р. 481−490. Перевод в ВЦП № А-5202.
- Им X. Катку коге. 1976, Т. 29, № 9, с. 749.
- Fife Н. R., Toussaint W. J. (Carbide а. Carbon Chemicals Co.), пат. США 2 425 845, 19/VIII 1947.
- Pruitt M. E., Rogers W. A. Jr. (Dow Chemical Co.), пат. США 2 831 034, 15ЯУ 1958.
- Roberts F. H., Fife H. R. (Carbide a. Carbon Chemicals Co.), пат. США 2 448 644, 7/IX 1948.40