Підвищення ефективності масляної системи тепловозу встановленням пристрою для обробки моторних олив електростатичним полем

Abstract

UA: Метою даної роботи є вирішення науково-практичної задачі підвищення ефективності масляної системи тепловозу встановленням пристрою для обробки моторних олив електростатичним полем. В дисертації запропонована нова технологія покращення експлуатаційних характеристик моторних олив масляної системи тепловозу за рахунок обробки їх електростатичним полем з метою підвищення ресурсу дизелів. Теоретично та експериментально доведено доцільність використання пристрою для обробки моторних олив електростатичним полем в масляній системі тепловозу. Економічний ефект від застосування нової технології складає 41201 грн на один локомотив. Результати роботи впроваджені у локомотивному депо Лозова Південної залізниці. RU: Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи – повышению эффективности масляной системы тепловоза установкой устройства для обработки моторных масел электростатическим полем. Масляная система тепловоза предназначена для создания необходимого давления и поступления моторного масла к парам трения дизелей, отвода тепла, а также частиц загрязнений и частиц нагара с поверхностей трения. При этом основной функцией масляной системы тепловоза является обеспечение снижения износа узлов трения тепловозных дизелей и их ресурса. В первую очередь эффективность функционирования масляной системы зависит от эксплуатационных характеристик моторных масел. Существуют различные альтернативные способы и методы повышения эффективности масляной системы за счет улучшения эксплуатационных характеристик смазывающих масел, в частности, гидродинамическое диспергирование моторных масел и использование устройств, предназначенных для дозированного введения в них противоизносных присадок, но все эти методы не нашли широкого применения в масляных системах тепловозов. Эксплуатационные характеристики моторных масел можно улучшить путем изменения самой их структуры, воздействием на них электростатическим полем. Теоретическим путем установлена аналитическая зависимость между интенсивностью изнашивания и главными ее параметрами, что позволяет в сравнительных вариантах прогнозировать ее изменение в зависимости от толщины смазочной пленки, и, как следствие, определить ресурс деталей кривошипно- шатунного механизма. Интенсивность изнашивания прямо пропорциональна удельной силе трения и обратно пропорциональна энергетической плотности трения квадрату толщины смазочной пленки. Для раскрытия закономерностей механизма изнашивания была разработана физическая модель взаимодействия молекул присадок при их адсорбции на поверхностях трения под воздействием силового поля. Эта модель позволила оценить энергию взаимодействия молекул присадки и определить минимальную несущую способность смазочной пленки для случая, когда в парах трения кривошипно-шатунного механизма тепловозных дизелей образуется критическая толщина при отсутствии деформации молекул присадок. Исследования разработанной физико-математической модели показали, что в зависимости от угла расположения молекул энергии их взаимодействия носят знакопеременный характер и изменяются в широком диапазоне. В граничных адсорбированных слоях, наиболее приближенных к поверхностям трения, максимальное значение энергии притяжения Wij между молекулами присадки составляет 0,2·10-20Дж при величинах углов 43,560 и 136,440. Соответственно, в слоях, удаленных от поверхностей, Wij =1·10-20Дж при величине угла 2  . Согласно экспериментальным исследованиям, за счет предложенного способа интенсификации адсорбционного процесса при наложении внешнего электростатического поля можно увеличить толщину защитной пленки до 1,5 раза. Эти данные подтверждают основную гипотезу по снижению интенсивности изнашивания и такой способ позволяет улучшить противоизносные свойства моторных масел, которые используются в тепловозных дизелях. Лабораторные исследования противоизносных свойств моторных масел на машинах трения при обработке электростатическим полем и без таковой по критерию скорости изнашивания подтверждают основные теоретические положения. Согласно этим исследованиям, скорость изнашивания при обработке моторного масла внешним электростатическим полем в режиме граничной смазки снижается по сравнению с необработанным моторным маслом (для пары трения «колодка – ролик» соответственно до 6 раз и до 1,3 раза, а для пары трения «кольцо гильза» до 1,6 раз). Путем экспериментальных исследований определены режимы обработки моторных масел электростатическим полем, при которых наблюдается максимальный эффект скорости изнашивания. Эти параметры имеют следующие значения: напряжение, которое подается на устройство и составляет 1000 В; величина силы тока не больше 200 мкА; зазор между электродами 2 мм. Кроме того, разработана конструкция устройства, а также место его установки в масляную систему тепловоза 2ТЭ116. Расчет прогнозирования износа главных пар трения кривошипно-шатунного механизма дизелей при совершенствовании масляной системы тепловоза целесообразно производить по методологии, основанной на допущении связей износа во времени прямолинейной зависимостью, учитывая, что детали тепловозного дизеля работают в установившемся режиме. Поэтому с учетом ранее проведенных экспериментальных исследований и сделанных допущений о прямолинейности износа в установившемся режиме применительно к тепловозному дизелю был произведен расчет ресурса кривошипно-шатунного механизма в зависимости от пробега с учетом снижения скорости изнашивания за счет электрообработки моторного масла. При этом можно ожидать снижение износа пар трения кривошипно-шатунного механизма «коленчатый вал-вкладыш» до 3 раз «кольцо-гильза» до 1,5 раза при нормативном варианте ТР-3. Экономический эффект от совершенствования масляной системы тепловоза установкой устройства для обработки моторных масел электростатическим полем, за счет снижения затрат на ремонт деталей кривошипно-шатунного механизма дизелей, составляет 41201 грн на один локомотив. Материалы диссертационной работы внедрены в локомотивном депо Лозовая Южной железной дороги. EN: The aim of this thesis is the solution of theoretical and practical problem of diesel oil system efficiency increase by device installation for engine oil processing by electrostatic field. The thesis deals with a new technology of operating characteristics improvement of engine oil of diesel locomotive oil system by means of its electrostatic field processing for the diesel engine life increasing. The use reasonability of diesel oil processing device by electrostatic field in the diesel locomotive oil system is proved theoretically and practically. The annual saving rate using new technology is 41201 hrn per one locomotive. The results of this thesis have been introduced in Lozova depot of Southern railway.