ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА МИНЕРАЛЬНО-РАСТИТЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ЛЬНЯНОГО МАСЛА ПО ТРИБОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Полный текст

Использование различных видов масел для производства биотоплива обуславливается климатическими условиями возделывания культур и их стоимостью [1, 6, 7]. В настоящее время все большее распространение получил лен масличный. Льняное масло относится к высыхающим маслам и представляет собой смесь триглицеридов следующих кислот: 9-11% пальмитиновой и стеариновой, 13-29% олеиновой, 15-30% линолевой, 44-61% линоленовой. Выделяют льняное масло из семян льна прессованием или экстракцией органическими растворителями. При высыхании масло дает гладкую, сухую, блестящую пленку, которая не плавится при нагревании до 260°С и не растворяется в диэтиловом эфире [3]. В ведущих европейских странах в ГОСТе Р52368 «Топливо дизельное ЕВРО» обозначен показатель «смазывающая способность» трущихся деталей, а в российском ГОСТе 305-82 (Л-0,2-62) данный показатель отсутствует и топливо рассматривается только как энергетический носитель [5]. Опираясь на передовой опыт, возникает интерес к использованию данного трибологического показателя при исследовании минерально-растительных топлив с различным процентным содержанием льняного масла в составе смеси. В настоящее время использование льняного масла в качестве компонента для изготовления биотоплива мало изучено, однако имеет хорошие предпосылки [4]. Для получения объективного представления о возможности применения льняного масла в качестве минерально-растительного топлива необходимо провести ряд исследований его жирнокислотного состава, сравнительный анализ физико-химических показателей топлива на его основе и исследований трибологических свойств [2]. Наиболее ответственными деталями системы питания дизеля, подверженными износу, являются плунжерные пары, распылители и нагнетательные клапаны. Цель исследований - обоснование выбора оптимального состава минерально-растительного топлива, снижающего износ деталей. Задачи исследований: - установить зависимость величины износа на четырехшариковой машине трения при использовании составов минерально-растительного топлива с различным процентным содержанием льняного масла в качестве образца; - выявить оптимальный состав топлива. Материалы и методы исследований. При проведении лабораторных испытаний по изучению влияния величины износа в зависимости от различных составов минерально-растительного топлива использовался специализированный трибометр, созданный в лаборатории наноконструированных покрытий СамГТУ и программа PowerGraph. Трибометр имеет в своем составе различные насадки и способен создавать различные режимы работы. Метод определения износных характеристик минерально-растительного топлива соответствует стандартной методике ЕН ИСО 12156.В данном исследовании он использовался в качестве четырех-шариковой машины трения. Для оценки образцов по состоянию поверхности использовались цифровой микроскоп «Микрон-500», подключенный к компьютеру посредством USB и программа Mucro-Measure. Испытания проводились при следующих режимах работы: частота вращения верхнего шарика - 1220 мин-1; продолжительность испытаний - 600 с; нормальная нагрузка: 200, 420, 480 и 500 Н. Начальная температура образцов топлива - 24 0С. В процессе испытаний посредством программы PowerGraph замерялись следующие показатели: температура масла в узле трения, сила трения и нормальная нагрузка. Производился визуальный осмотр поверхности трения и замерялись размеры пятна износа. Испытания проводились в различных средах (объем 10 ml): минеральное дизельное топливо ДТ-Л-0.2-62 (100%ДТ), технически очищенное льняное масло (100%ЛМ), а также смеси минерального топлива и льняного масла в различных соотношениях (25%ЛМ + 75%ДТ, 50%ЛМ + 50%ДТ, 75%ЛМ + 25%ДТ). Полученные данные сохранялись в виде графиков и в числовой базе данных по окончании каждого испытания. Делались снимки пятна износа каждого образца. Проведены испытания пяти различных составов топлива на четырех различных нагрузочных режимах с четырёхкратной повторностью. Результаты исследований. Ранее был проведен сравнительный анализ физико-химических показателей топлива (низшая теплота сгорания, плотность, кинематическая и динамическая вязкости) [2], который показал, что наиболее схожим по свойствам является биотопливо с содержанием 25% льняного масла и 75% минерального дизельного топлива. Низшая теплота сгорания у данной смеси ниже дизельного топлива на 1,26 МДж/кг, что лежит в пределах, допустимых для дизельного топлива, плотность выше на 27 кг/м3 и не превышает предел в 860 кг/м3. Показатели кинематической и динамической вязкости наиболее приближены к минеральному дизельному топливу марки Л-0,2-62. Этот факт наглядно показывает важное преимущество данной смеси минерально-растительного топлива, так как его применение является возможным без изменения конструкции системы питания дизелей. Данный оптимальный состав минерально-растительного топлива на основе льняного масла не ухудшает физико-химических свойств топлива и способствует снижению износа деталей [2]. Рис. 1. Величина пятна износа образцов, испытуемых при одинаковой нагрузке (500 Н) в различных средах: 1 - 100% ДТ; 2 - 100% ЛМ; 3 - 25%ЛМ+75%ДТ; 4 - 50%ЛМ+50%ДТ; 5 - 75%ЛМ+25%ДТ Результаты исследований показали, что наибольшая величина пятна износа при различных режимах нагрузки была достигнута при использовании минерального дизельного топлива (табл. 1). Таблица 1 Изменение величины пятна износа шарика в зависимости от прилагаемой нагрузки № п/п Нагрузка, Н Средняя величина пятна износа (за цикл), мм 100%ДТ 100%ЛМ 25%ЛМ+75%ДТ 50%ЛМ+50%ДТ 75%ЛМ+25%ДТ 1 500 3,4428 1,1149 2,8741 2,7081 1,5457 2 480 2,5655 0,9718 2,4376 2,4062 1,4760 3 420 1,8308 0,7676 1,2416 1,2311 1,1530 4 200 1,6369 0,5607 1,4559 1,2884 0,8035 Лучшие результаты показали образцы, исследуемые в среде технически очищенного льняного масла (100%ЛМ). Однако анализ ряда научных публикаций [1, 4] позволяет сделать вывод о том, что ухудшение пусковых свойств дизеля при работе на 100% растительных маслах и применение данного состава повлечет за собой конструктивные изменения в системе питания дизеля. Исследования составов смесей минерально-растительного топлива на основе льняного масла показали следующие результаты. При использовании минерально-растительного топлива с 25% содержанием льняного масла, при нормальной нагрузке 200 Н, средняя величина пятна износа уменьшилась на 0,5 мм в сравнении с минеральным дизельным топливом (100%ДТ), а при достижении нагрузки в 500 Н - разница составила 1 мм. Полученные данные позволяют утверждать, что минерально-растительное топливо с содержанием льняного масла 25 % уменьшает величину пятна износа минимум на 6%. Средняя величина нормальной нагрузки в ходе каждого испытания оставалась приблизительно равной приложенной в начале испытания нормальной нагрузке, создаваемой с помощью навешивания на трибометр грузиков. 200 420 480 500 Р, Н Рис. 2. Зависимость изменения силы трения с увеличением нормальной нагрузки С увеличением нагрузки температура и сила трения увеличиваются. Так, образцы составов смесей минерально-растительного топлива на основе льняного масла в сравнении с минеральным дизельным топливом показали пониженную температуру. Состав минерально-растительного топлива с 25% содержанием льняного масла при нормальной нагрузке 200 Н показал разницу температур в 50С, а при нагрузке в 500 Н - на 140С. Увеличение концентрации льняного масла в смеси обратно пропорциональны увеличению силы трения и температуры (табл. 2, рис. 2). Таблица 2 Изменение конечной температуры в зависимости от концентрации льняного масла в составе смеси № п/п Нагрузка, Н Конечная температура образца, 0С 100% ДТ 100% ЛМ 25% ЛМ + 75% ДТ 50% ЛМ + 50% ДТ 75% ЛМ + 25% ДТ 1 500 84,13 51,18 70,23 62,91 51,77 2 480 71,74 47,36 53,79 55,15 48,23 3 420 57,59 38,51 43,93 40,99 39,28 4 200 41,15 29,12 36,44 31,64 29,52 Заключение. В ходе проведенных испытаний была определена величина износа в зависимости от процентного содержания льняного масла в минерально-растительном топливе. Выявлен оптимальный состав минерально-растительного топлива на основе льняного масла - 25%ЛМ + 75%ДТ. Результаты испытаний показали, что использование данного состава минерально-растительного топлива в качестве рабочей среды является рациональным и позволит снизить износ деталей и увеличить их ресурс.

Об авторах

Геннадий Иванович Болдашев

ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА

Email: SSAA_Ingener@mail.ru
канд. техн. наук, проф. кафедры «Тракторы и автомобили» 446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2

Евгения Александровна Ещенкова

ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА

Email: Eschenkova_EA@mail.ru
аспирант кафедры «Тракторы и автомобили» 446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2

Максим Сергеевич Приказчиков

ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА

Email: SSAA_Ingener@mail.ru
канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис» 446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2

Список литературы

Дополнительные файлы