Методы определения содержания продуктов износа в масле

При работе механизмов отделяемые от поверхностей деталей частицы металла смываются маслом и перемешиваются с ним. Причем концентрация в масле продуктов износа пропорциональна интенсивности изнашивания деталей. Очевидно, наибольшая концентрация продуктов износа будет в период приработки — I этап и аварийного изнашивания — III этап.

Таким образом, зная химический состав трущихся деталей и располагая статистическими данными о сравнительной интенсивности изнашивания каждой из них (о распределении продуктов износа между деталями в процентном отношении), можно проследить за динамикой изнашивания этих деталей. Например, по содержанию в картср-ном масле алюминия можно судить об износе алюминиевых поршней, по содержанию хрома — об износе хромированных поршневых колец.

В двигателях внутреннего сгорания концентрация продуктов износа зависит только от интенсивности изнашивания деталей и практически не зависит от срока работы картерного масла. Это объясняется тем, что через некоторый период работы двигателя после замены масла благодаря его фильтрации наступает равновесное состояние между накоплением в масле продуктов износа и их отфильтровыванием. Поэтому концентрация продуктов износа в картерном масле полностью характеризует интенсивность изнашивания деталей двигателя. В агрегатах, работающих без фильтрации масла (агрегаты силовой передачи многих тракторов), эта концентрация зависит как от интенсивности изнашивания деталей, так и от срока работы масла до его замены. Следовательно, в таком случае по мере наработки концентрация продуктов износа в масле возрастает, что и нужно учитывать при анализе проб масла, отбираемых из емкостей.

Пробы масла для анализа отбирают при работающем агрегате, когда продукты износа находятся во взвешенном состоянии и равномерно распределены по всему объему.

Известно несколько методов количественного определения продуктов износа в работавшем масле. Из них наиболее распространены колориметрический, полярографический, магнитноиндуктивный, радиол активационный и спектрографический методы.

Колориметрический метод основан на определении концентрации в масле интересующего элемента путем сравнения окраски исследуемого раствора с окраской стандартного, в котором концентрация данного элемента известна.

Основные недостатки колометрического метода — большая трудоемкость и сложность приготовления растворов, в связи с чем для диагностики он применяется редко.

Указанные недостатки присущи и полярографическому методу.

Полярографический метод основан на измерении зависимости между силой тока и напряжением посредством капельного ртутного электрода, погруженного в испытуемый раствор. Название метода связано с процессами поляризации, возникающими при пропускании электрического тока через растворы электролитов. Для этой цели применяют приборы, называемые полярографами.

Полярографический метод позволяет определять концентрацию железа до 10 5 г в 1 г масла.

Магнитно-индуктивный метод учитывает зависимость магнитной индукции от содержания продуктов износа в пробе масла, вводимой внутрь катушки индуктивности и вызывающей измеяение величины протекающего по катушке тока. Данный метод пригоден для определения содержания железа в масле. Его можно применять при очень высоких концентрациях железа в масле (при ускоренных износных испытаниях агрегатов трактора, в процессе их приработки, а также при аварийных износах). Однако и в этих случаях показания прибора являются ориентировочными.

Радиоактивационный метод основан на том, что пробу масла, взятую из картера, облучают потоком нейтронов, благодаря чему продукты износа становятся радиоактивными. Состав и концентрацию их определяют при помощи специальной аппаратуры. Применение радиоактивационного метода в широких масштабах пока представляет собой сложную задачу.

Общий недостаток перечисленных методов определения содержания продуктов износа в маслах — трудность выявления интенсивности изнашивания отдельных сопряжений, так как результаты анализа в большинстве случаев носят интегральный характер. Кроме того, эти методы основаны на применении ручных устройств, не обладающих универсальностью и не позволяющих автоматизировать процессы анализа проб.

Спектрографический метод за последние годы в нашей стране и за рубежом получает все более широкое применение для целей технической диагностики. Сущность его состоит в определении содержания продуктов износа в пробе масла путем разложения их излучений, происходящих под действием вольтовой дуги, на отдельные спектры. Результаты анализа получают при фотографировании спектров с последующей расшифровкой спектрограмм или при помощи счетно-решающих устройств.

Спектрографический метод лишен недостатков, свойственных перечисленным выше методам определения содержания продуктов износа в работавших маслах. Он позволяет определять в маслах содержание любых элементов, применяемых в машиностроении. Время анализа одной пробы в современных автоматизированных установках длится 3—4 мин. Такую установку обслуживают 1—2 человека.

Спектрографические методы можно разделить на две группы:1) методы, при которых пробу масла предварительно озоляют, а затем по составу золы определяют содержание в нем продуктов износа, и 2) методы непосредственного анализа жидкой пробы.

По первому методу навеску масла в 5—10 г озоляют сжиганием в тигле и затем остаток прокаливают в муфельной печи при температуре 600—800° С до полного удаления сажи. Полученную золу смешивают с тремя или более весовыми частями порошкообразного графита и фтористого лития, тщательно растирают эту смесь в агатовой ступке и заполняют ею кратер, имеющийся в нижнем электроде 1 генераторной установки.

При включении генератора между верхним и нижним электродом возникает вольтова дуга. Вследствие этого содержимое кратера испаряется, создавая свечение, которое сначала направляется в спектральный прибор, а затем в регистрирующее устройство.

Для количественной оценки концентрации определяемых элементов приготовляют эталоны из окислов таких же элементов, разбавляя их порошком графита и фтористого лития в определенной пропорции.

Методами озоления проб достигается высокая точность и универсальность контроля объектов. Они получили широкое распространение при стендовых износных испытаниях двигателей, но из-за большой трудоемкости и сложности предварительной обработки проб не применяются для диагностики в условиях эксплуатации.

Для контроля технического состояния машин в нашей стране и за рубежом все большее распространение находят прямые методы спектрального анализа масел (без озоления проб). Они позволяют значительно упростить и ускорить процесс анализа. Из них наиболее перспективен метод дискового электрода. Вращаясь с частотой 4—6 об/мин, электрод 5 увлекает из тигеля масляную пленку и равномерно подает ее в дуговой разряд. При использовании в качестве возбуждения дуги переменного тока и достаточно высокого напряжения метод дискового электрода обладает точностью, близкой к точности метода озоления, и обеспечивает определение в масле сравнительно небольших концентраций элементов — до 10 ~4%.

Спектральным прибором служит полихроматор, основным элементом которого является дифракционная решетка 1. Она предназначена для разложения общего светового излучения, возникающего в дуговом разряде, на отдельные составляющие, называемые спектрами. Такое разложение происходит благодаря тому, что на внутренней сферической поверхности дифракционной решетки имеется огромное количество мелких зеркальных штрихов (1200 штрихов на 1 мм). Каждая спектральная линия, отраженная дифракционной решеткой, представляет собой однородное монохроматическое излучение, имеющее определенную частоту колебаний (длину волны), присущую какому-либо одному элементу, содержащемуся в пробе масла.

Общее количество фотоэлектронных умножителей и подключенных к ним интегрирующих конденсаторов составляет 10 пар. Следовательно, данная установка позволяет определять одновременно содержание в пробе масла до 9 элементов (один фотоэлектронный умножитель предназначен для приема излучения от эталонных образцов, по результатам анализов которых строят тарировочные кривые).

Погрешность измерений при помощи описанной установки не превышает 10%.

Спектрографический метод определения продуктов износа в работавших маслах в настоящее время широко применяется для диагностики технического состояния тепловозных двигателей. За рубежом его также используют для контроля состояния основных агрегатов автомобилей. Для этой цели там созданы спектрографические центры, куда регулярно направляются пробы масел, периодически отбираемые из соответствующих агрегатов машины. По результатам анализов строят графики зависимости интенсивности изнашивания контролируемых объектов от пробега. При резком ее нарастании в основных сопряжениях дается указание о постановке машины на ремонт.

Современные автоматизированные спектрографические установки рассчитаны на массовое обслуживание машин, работающих в самых разнообразных условиях. При правильной организации аналитических работ они окупаются в течение 4—6 месяцев за счет своевременного предупреждения отказов и значительного увеличения межремонтного срока службы агрегатов машин.