Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 41 Диха О.В.,* Аулін В.В.,** Лисенко С.В.,** Гриньків А.В.** *Хмельницький національний університет, м. Хмельницький, Україна, ** Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивицький, Україна E-mail: tribosenator@gmail.com ВПЛИВ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ НА РЕЖИМ ЗМАЩУВАННЯ І ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ДЕТАЛЕЙ ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУНІВ АВТОМОБІЛІВ УДК 621.891:631.31:631.37 DOI:10.31891/2079-1372-2018-90-4-41-53 Встановлено, що в реальних умовах експлуатації характерним є одночасна дія різних видів зношування, співвідношення яких залежать від конструкції, технології виготовлення деталей, якості використовуваних мастиль- них матеріалів та навантаження тертям. При описі процесів зношування вважають, що швидкість зносу залежить від виду мащення, але для оцінки зносостійкості деталей і спряжень дизеля, необхідно знати увесь спектр закономірнос- тей розвитку та деградації процесів і станів. Показано, що для оцінки якості мастильних матеріалів на основі їх екс- плуатаційних властивостей доцільним є використання схеми випробування: чотирикулькова піраміда, конус-три кульки та пристроїв для нагріву оливи і вимірювання ширини сліду зносу конічної поверхні. З метою оптимізації складу присадки в моторну оливу використано математичне планування експерименту і розроблено методику його проведення за рототабельним плануванням другого порядку. За проведеним математичним плануванням експериме- нту отримано регресійну математичну модель інтенсивності зношування, визначено оптимальні параметри: вміст присадки – 2,2 %; температура мастильного середовища – 50С; контактний тиск – 10МПа та здійснено перевірку моделі на адекватність. Ключові слова: дизельні двигуни, режим змащення, експериментальні випробування, зносостійкість, планування факторного експерименту. Вступ Жорсткі умови експлуатації автомобілів у сільськогосподарських виробництв (СГВ) приводять до того що, ресурс їх дизелів складає 26 .. .47 %, а знос деталей збільшується в 2,0 ... 5,0 разів у порів- нянні з використанням автотранспортної техніки (АТТ) в звичайних умовах експлуатації. Величини швидкостей зносу основних деталей спряжень дизелів при повільній та швидкій зміни їх стану подано в табл. 1. В таких умовах експлуатації характерним є одночасна дія різних видів зношування, співвідно- шення яких залежать від конструкції, технології виготовлення деталей, якості використовуваних масти- льних матеріалів та навантаження тертям. При описі процесів зношування зазвичай вважають, що швид- кість зносу залежить, в основному, від режиму мащення та напрацювання, але щоб адекватно протистоя- ти втраті працездатності деталей і спряжень дизеля, необхідно знати увесь спектр закономірностей роз- витку та деградації процесів і станів. Аналіз попередніх досліджень Дослідження А.Г. Кузьменка [1, 2], О.В. Дихи [3 - 5], В.В. Ауліна [6 - 13], А.Т. Кулакова [14], С.В. Путинцева [15, 16], Л.І. Погодаєва [17], В.В. Салміна [18], F.A. Davis, S. Korcet, R.A. Stanly та ін. підтверджують про необхідність створення моделей процесів тертя та зношування і дослідження законо- мірностей взаємодії спряжень деталей з оливою, врахування змін фізико-хімічних характеристик, влас- тивостей та механізму впливу оливи в процесі експлуатації на зношування робочих поверхонь деталей. Разом з тим слід зауважити, що в науковій літературі недостатньо відображено питання підвищення зно- состійкості трибоспряжень деталей дизелів і моторної оливи модифікуванням різними способами [19]. Особливу увагу викликають дослідження розвитку процесів і станів їх самоорганізації та самокерування [17], оскільки процеси при цьому можуть бути різними за природою і характером прояву, то їх закономі- рності потребують подальших ретельних досліджень. Способи керування процесами тертя та зношуван- ня і реалізація ефекту самоорганізації дозволяють спряженням деталей і дизелю в цілому в екстремаль- них умовах зберігати працездатність [20] і реалізувати стан квазібеззношуваності. Нерівномірний знос гільз циліндрів обумовлює підвищене зношування усіх деталей ЦПГ [21]. Усунення такого характеру зносу значно поліпшить умови роботи деталей дизелів і підвищить їх зносостійкість і надійність [10,11]. Серед факторів, що суттєво впливають на знос гільзи циліндрів і поршневих кілець, є три основні: тиск, швидкість руху і температура в кожній точці поверхні тертя. Ці фактори змінні вдовж твірної циліндра і Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 42 здійснюють відповідний вплив на зношування його поверхні. Не можна відкидати і правильну організа- цію процесів мащення та підбір оптимального сорту оливи [22]. Сучасні оливи є складними, оскільки можуть містити до 30 % різних присадок і добавок, що забезпечують поліпшення протизносних, проти- задирних, протипінних, протикорозійних, протиокислювальних та інших властивостей [9, 10]. Розгляда- ючи процеси зношування спряжень деталей дизелів слід звернути увагу на режим тертя, оскільки деталі по різному зношуються при різних режимах тертя [13]. У процесах тертя, мащення і зношування беруть участь поверхневі шари (ПШ) деталей і плівки оливи різної товщини. Властивості моторних олив й акти- вних ПШ металу безперервно змінюються [9 - 11]. На межі поділу "метал-олива" відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що впливають на структуру матеріалу деталей і їх довговічність. Слід також за- значити, що спряженні "гільза циліндра-поршневе кільце" в основному знаходиться в умовах граничного тертя [1, 2, 9, 10]. При цьому під впливом високої температури, підвищеного навантаження і зворотно- поступального руху гідродинамічна плівка оливи стає тонше 2 мкм і закономірності рідинного мащення порушуються. Коефіцієнт тертя в таких умовах залежить не від в'язкості оливи, а від наявності в ній по- лярно-активних компонентів. Одночасно змінюються властивості робочих поверхонь деталей через роз- виток процесів пластифікування, окрихчування, квазірідкого стану, самоорганізації [7] та ін. При цьому мастильна дія граничних шарів визначається здатністю забезпечувати ковзання, зниження сил молекуля- рної адгезії і пластифікацію поверхонь та можливостей утворення плівки фізичної адсорбції і хемосорб- ції [7]. Виявлено здатність усіх плівок до саморегенерації при зберіганні зовнішніх умов тертя [8]. Їх то- вщина і міцність залежить від хімічного складу моторної оливи і присадок до нєї, властивостей поверхні тертя і зовнішніх умов. Щодо товщини граничних шарів єдиної думки не існує. За деякими даними вона складає від частки мікрометра до декількох його десятків. Взаємодію поверхонь деталей при граничному терті можна розглядати як взаємодію випадкових коливальних механічних полів. Це приводить до середньо- і високошвидкісного імпульсного пружного і непружного деформування локальних мікрооб’ємів. Зазначимо, що незважаючи на велику гомогенність орієнтовної пластичної деформації тонкого ПШ, його руйнування відбувається негомогенно. Як правило, руйнування ВС [7], що утворюються з вихідного матеріалу шляхом його структурної перебудови і взає- модії із оливою, починається і розвивається в локальних областях матеріалу ТЕ з розвинутими недоско- налостями і мікроспотвореннями, які є концентраторами напружень. Характерним є й те, що процес руй- нування і відновлення ВС при терті відбувається періодично [6]. При цьому найбільш тривалою є перша стадія – утворення сітки мікротріщин. Наступні стадії – розвиток мікротріщин, початок відшаровування і "скидання" ВС з оголенням матричного матеріалу відбуваються з наростаючим темпом. Таблиця 1 Швидкість зносу основних деталей дизелів при їх різній швидкості зміни стану Швидкість зносу uv , мм/1000 год. Середня зміна швидкості зносу uv , (мм/с)/год характер зміни стану Деталь повільний швидкий повільний швидкий Гільза циліндра 0,01 ... 0,1 0,5 ... 1,0 0,001 0,025 Канавки першого поршневого кільця Перше хромоване кільце Наступні поршневі кільця 0,002 ... 0,01 0,15 ... 0,30 0,03 ... 0,05 0,03...1,0 0,30...0,90 0,30 ... 0,90 0,002 0,001 0,001 0,01 0,015 0,02 Напрямні втулки впускних клапанів Напрямні втулки випускних клапанів 0,03 ... 0,05 0,05 ... 0,06 0,06...0,10 0,08 ... 0,10 0,003 0,02 Вкладиші шатунних та корінних підшипників 0,005 ... 0,020 0,01 ... 0,05 0,008 0,015 Шийка колінчастого вала 0,002 ... 0,008 0,02 ... 0,04 0,009 0,020 Постановка проблеми Застосування високоякісних моторних олив і примусова система охолодження дозволяє значно полегшити умови роботи трибоспряжень деталей автомобілів. По оцінках експертів тільки в результаті поліпшення якості моторних олив є можливість підвищити в 1,5 рази ресурс дизелів автомобілів без істо- тної зміни їхньої конструкції. Однак у будь-якому агрегаті неминучі ситуації, які не можуть захистити трибоспряжень деталей або локальні ділянки контактних поверхонь від зношування: недостатня кіль- кість оливи в зоні тертя у моменти холодних пусків дизеля, при забрудненні оливних каналів та змиві Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 43 оливного шару паливом; локальне перегрівання оливи в окремих спряженнях деталей через підвищене тепловиділення або погіршений тепловідвід та ін. Ударний характер взаємодії, вібрації поверхонь тертя поршня, пальця, кілець і гільзи циліндра, які збільшуються в залежності від зносу спряжень, ускладнюють умови роботи дизеля. В області ВМТ спостерігається повне руйнування оливної плівки. В області підвищених швидкостей ковзання поршня несуча спроможність оливної плівки підвищується і може реалізуватися режими напіврідинного тертя. При малих обертах зона напівсухого тертя розповсюджується на більшу частину циліндра, ніж при висо- ких обертах. З підвищенням тиску на поршневі кільця температура спряжених поверхонь "гільза цилінд- ра-поршневе кільце" при сухому терті збільшується. Зазначене свідчить, що є потреба в підвищенні мас- тильної здатності моторної оливи, керуванні режимами в трибоспряженнях деталей ЦПГ й розробці за- ходів, які підвищують їх зносостійкість та зменшують втрати на тертя. Мета та завдання Метою роботи є дослідження трибологічних процесів при граничному зношуванні спряжень де- талей. Основні завдання, які вирішуються: - з'ясувати лабораторні дослідження трибологічних процесів при граничному змащуванні; - для вирішення оптимізації за відсотковим складом присадки в оливі розробити методику про- ведення експерименту на основі математичного рототабельного планування другого порядку; - теоретично обґрунтувати метод випробувань мастильних і конструкційних матеріалів за схе- мою "конус-три кульки"; - провести трибологічні випробування. Результати вирішення основних завдань Для експериментального дослідження процесів граничного змащування можуть бути використа- ні лабораторні установки для наступних схем випропробувань: чотирикулькова піраміда, конус-три кульки. Найбільшого поширення набули дослідження мастил на конструктивно нескладних машинах те- ртя із застосуванням зразків, що мають просту геометричну форму. Як зразки можуть бути використані кулі, циліндри, прямокутні призми, ролики. При цьому найбільшого поширення набула чотирикулькова схема випробувань. В усьому світі методики випробувань на чотирикульковій машині тертя стандарти- зовані в Росії та Україні – ГОСТ 9490-75; у США – ASTMD 2596, ASTMD 2783; у ФРН – DIN 51350; у Польщі – PN – 76/C – 04147; в Англії – IP 300; у Болгарії – БДС 14150-77). Відповідно до ГОСТ 9490-75 "Матеріали мастильні рідкі та пластичні. Метод визначення мастильних якостей на чотирикульковій ма- шині" визначаються наступні характеристики: показник зношування, критичне навантаження, наванта- ження зварювання, індекс задиру. У сучасних умовах експлуатації машин, коли значно збільшилася но- менклатура мастил та присадок до них, а також розширилася сфера їх застосування, перелічені показни- ки вже не можуть дати вичерпної характеристики трибологічних властивостей мастил у всіх можливих умовах експлуатації. Важливим стає фактор швидкості ковзання, який часто не враховують при прове- денні випробувань мастил. Чотирикулькова схема має обмеження щодо випробувань конструкційних ма- теріалів, оскільки кульки приймаються стандартними з шарикопідшипникової сталі. Виготовлення куль- кових зразків для випробувань матеріалів практично недоцільне і складно реалізуєме. В даній роботі для випробувань різних конструкційних матеріалів пропонується схема випробувань "конус-три кульки", яка дає можливість застосовувати в якості досліджуваних конічні зразки з різних матеріалів. Чотирикулькова схема реалізована на лабораторній установці, спроектованій згідно положень ГОСТ 9490-75. Експериментальна лабораторна установка змонтована на базі універсального настільного свердлильного верстату. Для приводу обертання шпинделя використаний двигун постійного струму типу П22У4, з номінальною частотою обертання 1500 об/хв, потужністю 1 кВт, із змішаним збудженням. Блок живлення, який складається з випрямляча постійного струму і автотрансформатора, дозволяє плавно ре- гулювати частоту обертання двигуна від номінальної до нуля. Основним вузлом чотирикулькової машини тертя є робочий вузол (рис. 1). Верхня кулька 1 ба- зується безпосередньо у спеціально зцентрованій виточці кінця шпинделя (без проміжних ланок), що ви- ключає биття кульки при обертанні і підвищує жорсткість привідного вузла. Нижні три кульки 2 діамет- ром 12,7 мм встановлюються на загартовану і шліфовану поверхню опори 4. Надійне закріплення і центрування нижніх кульок здійснюється гайкою 3 з конічною робочою поверхнею. Конструкція вузла передбачає розташування верхніх точок нижніх куль в одній площині з верхньою площиною гайки 3, яка використовується як вимірювальна база. Така конструкція робить зону нижніх кульок максимально від- критою і зручною для дослідження геометрії зношуваних поверхонь без розбирання вузла. Виключення перекосів та самовстановлення при контакті верхньої і нижніх кульок забезпечується радіальним сфери- Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 44 чним дворядним шарикопідшипником 5 серії 1309 за ГОСТ 5720-75. Для сприйняття осьових наванта- жень та можливості вимірювання коефіцієнта тертя використовується кульковий упорний однорядний підшипник 6 серії 8118 за ГОСТ 6874-75. Весь вузол базується і закріплюється на столі машини тертя за допомогою основи 7. Верхня кулька навантажується за допомогою важільної системи з передаточним відношенням k = 3,25. Рис. 1 – Робочий вузол установки для чотирикулькової схеми Для вимірювання температури мастила в зоні нижніх кульок застосовується термометр ЕТП-М, який працює за методом одинарного неврівноваженого моста постійного струму. Чутливий вимірюваль- ний елемент термометра при цьому розміщується через центральний отвір в опорі під нижніми кульками. Отже, під час випробувань є можливість постійного контролю за температурою мастила в зоні випробу- вань. P 4 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 P 4 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 Рис. 2 – Пристрій для випробувань за схемою "конус-три кульки" Для вимірювання розмірів плям зношування на нижніх кульках використовується мікроскоп МПБ-2 з ціною поділки 0,05 мм. Після відведення верхньої кульки мікроскоп встановлюється на вимірю- вальну площину гайки 3 і настроюється на чітке зображення плями зношування (мастило попередньо ви- даляють з вимірювальних поверхонь). Оскільки зношувані поверхні знаходяться під деяким кутом, зо- браження буде мати форму еліпса. Діаметр плями зношування можна оцінювати як півсуму осей еліпса. Після проміжних вимірювань зношування без розбирання робочого вузла випробування продовжуються за прийнятою програмою. Робочий вузол установки може бути модернізований для проведення випробу- вань за схемами: "кулька-кільце", "конус-кільце". Чотирикулькова схема має обмеження щодо випробувань конструкційних матеріалів, оскільки кульки приймаються стандартними з шарикопідшипникової сталі. Виготовлення кулькових зразків для випробувань матеріалів практично недоцільне і складно реалізуєме. В даній роботі для випробувань різ- Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 45 них конструкційних матеріалів запропонована нова схема випробувань "конус-три кульки", яка дає мож- ливість застосовувати в якості досліджуваних конічні зразки з різних матеріалів. Для проведення випробувань за схемою "конус-три кульки" була модернізована конструкція ро- бочого вузла наведеної вище лабораторної установки. Модернізована конструкція робочого вузла пока- зана на рис. 2. Випробуваний зразок 1 із зміцненою конічною поверхнею закріплюється в універсальному са- моцентруючому свердлильному патроні. До нижніх трьох кульок із шарикопідшипникової сталі коніч- ний зразок 1 притискається із вертикальною силою P та йому задається обертальний рух від шпинделю випробувальної установки 4. Кулькові зразки 3 розташовуються на плоскій поверхні загартованої опори 7 і центруються спеціальною гайкою 6 з конічною робочою поверхнею. При випробуваннях стакан 5 за- повнений досліджуваним мастильним матеріалом. Випробування залежності зношування конічних зразків від температури моторної оливи прово- дили на експериментальній установці за схемою тертя "конус-три кульки". Конічна поверхня зразка 1 притискалась до кульок 2 силою Q = 100 Н і зразок обертався частотою n = 500 об/хв. (рис. 3). 1 2 3 4 5 6 Q n Т1 2 3 4 5 6 Q n Т а б Рис. 3 – Пристрій нагрівання моторної оливи: а – схема пристрою; б – його загальний вигляд Швидкість ковзання поверхонь тертя кульок і зразка становила 0,19 м/с. Тертя відбувалося у ванні моторної оливи Нагрівання оливи до заданої температури здійснювалися спеціально виготовленим нагрівачем 5 з вмонтованим термоелектричним елементом T 220-0.6/13 ELECTRON, встановленим і теп- лоізольованим азбестовою набивкою в закритому сталевому кожусі, який одівався на корпус 6 вузла тер- тя. Температуру моторної оливи ми вимірювали датчиком з хромель-алюмелієвою термопарою 2. Встановлення сталого температурного режиму тертя здійснювали розробленим блоком управ- ління нагрівачем, який містить трансформатор типу ЛАТР 220 В 2 А (рис. 4), за допомогою до клем тер- моелектричного елемента (ТЕН) подавалася напруга 40, 50 і 60 В, що після прогрівання протягом 2-х го- дин забезпечувало сталу температуру моторної оливи 54, 73 і 96 оС. Випробували знос зразків зі сталі 45, загартованих до твердості 40НRC за умови тертя в мотор- ній оливі Magnum 15W-40 без присадки (досліди А) і з присадкою до оливи (досліди Б), яка містила оле- їнову кислоту, гліцерин, мідний пудру і мідний купорос відповідно 65, 13, 20 і 2 об. %. Досліди А і Б проводили за нормальної температури (24оС) оливи і нагрітої до 54оС і 96оС. Тривалість безперервного тертя за кожним режимом складала 30 хв., після чого слід зношування поверхні зразка у формі сегмент- ної канавки шириною 2а (мм) вимірювали мікроскопом МБС-10 з точністю 0,05 мм. Випробування кож- ного зразка проводилось протягом 3-х годин, що відповідало шляху тертя 2052 м. Для визначення твердості зразків використовувався напівавтоматичний твердомір Брінелля. Для визначення форми січення криволінійної поверхні і глибини сліду визначали використовували проектор за умови 77-кратного збільшення. Таким чином за проекцією зображення виявлено, що твірна криволі- нійної конічної поверхні сліду описується радіусом кульки, а ширина сліду 2а практично співпадає з її величиною з вимірами мікроскопом МБС-10. На наступному етапі роботи була розроблена методика планування багатофакторного експери- менту для побудови моделі зношування в залежності від визначальних факторів. Для рішення оптимізаційної задачі стосовно відсоткового складу присадки в мастилі ми викори- стали рототабельне планування другого порядку. Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 46 Задача планування експерименту математично формулювалась наступним чином: необхідно отримати уяву про поверхню відгуку факторів, яку можливо показати у вигляді функції або математич- ної моделі:    1 2 3, , ,... kM y x x x x    , (1) де y – параметр оптимізації (інтенсивність зношування); ix – змінні фактори, від яких залежить відгук і які можливо змінювати під час експерименту (температура, тиск, вміст присадки). Отже задача зводилась до визначення залежності математичного очікування результату процесу від параметрів (факторів). Математична модель необхідна для передбачення напрямку градієнту, тобто напрямку, при русі по якому параметр оптимізації збільшується швидше, ніж в будь якому іншому на- прямку. Діє припущення, що функція відклику безперервна і має не більше одного екстремуму. При да- них умовах можливо використовувати процедуру пошуку оптимуму, що основана на покроковому прин- ципу: на основі випробувань будується математична модель, що використовується для оцінки градієнту, потім виконуються нові дослідження тільки в цьому напрямку. Зображення невідомої функції відклику поліномом є найбільш зручним. Для скорочення числа дослідів на першій стадії дослідження приймався поліном першої степені. Така модель добре передбачає напрямок покращення параметра оптимізації. Математичний опис об’єкту навколо точки, що відповідає основним значенням факторів, отри- мано зміною кожного з факторів на двох рівнях, що відрізняються від основного (нульового) рівня на ве- личину кроку зміни. Використовувася повний факторний експеримент. Число комбінацій дорівнювало 02 2 kN k n   . Для трьох факторної задачі вибіркове рівняння регресії мало вигляд:   3 0 , 123 1 2 3 1 , i i i j i j i i j y M y b b x b x x b x x x        . (2) Повний факторний експеримент дає можливість визначити роздільні оцінки коефіцієнтів 0 1,b b . Реалізація моделі повного факторного експерименту (ПФЕ) складалася з: - планування експерименту; - виконання експерименту; - перевірки однорідності вибіркових дисперсій; - отримання математичної моделі об’єкту з перевіркою статистичної значимості виморочних ко- ефіцієнтів регресії; - перевірки адекватності математичного опису. Використовуючи кодовані значення факторів, умови експерименту можливо записати у вигляді таблиці або матриці планування експерименту, де ряди відповідають різним дослідам, а стовбці – зна- ченням факторів. Матриця планування наведена в табл. 2. Стовбці 1 2 3, ,x x x створюють матрицю плану. Ці стовбці задавали планування експерименту, по ним безпосередньо визначались умови дослідів. Далі розміщували стовбці з можливими комбінаціями добутків факторів 1 2x x , 1 3x x , 3 2x x , 1 2 3x x x , що дозво- ляло оцінити ефекти взаємодії факторів. Фіктивна змінна 0x необхідна для оцінки вільного члену 0b . Значення 0x у всіх стрічках однакове і дорівнює +1. Кількість незалежних факторів r = 3 і кількість то- чок плану n = 20. Поставимо задачу визначення залежності інтенсивності зношування від таких технологічних па- раметрів як: температура, контактний тиск та вміст присадки. В якості математичної моделі приймаємо: 0 1 1 2 2 3 3 12 1 2 13 1 3 23 2 3 2 2 2 11 1 22 2 33 3 123 1 2 3 . y b b x b x b x b x x b x x b x x b x b x b x b x x x                            (3) Розрахунок коефіцієнтів регресії проводився згідно зі стандартними формулами. Таблиця 2 Матриця планування № Температура Контактний тиск Вміст присадки 1 -1 -1 -1 2 -1 -1 1 3 -1 1 -1 Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 47 4 -1 1 1 5 1 -1 -1 6 1 -1 1 7 1 1 -1 8 1 1 1 9 -1,68 0 0 10 1,68 0 0 11 0 -1,68 0 12 0 1,68 0 13 0 0 -1,68 14 0 0 1,68 15 0 0 0 16 0 0 0 17 0 0 0 18 0 0 0 19 0 0 0 20 0 0 0 Матриця планування наведена в табл. 3. Проведені додаткові досліди при основному рівні (0) та зіркових точках (+1,68; -1,68). Таблиця 3 Рівні факторів та інтервали варіювання Рівні Фактори Інтервал 1,68 +1 0 -1 -1,68 Температура, С 30 104,4 84 54 24 3,6 Контактний тиск, МПа 5 18,4 15 10 5 1,6 Вміст присадки, % 0,5 2,34 2,0 1,5 1 0,66 Обробку даних експерименту та пошук оптимальних значень виконано в програмному середо- вищі Microsoft Excel та Statistica. Таблиця 4 Матриця планування та результати досліджень експерименту Температура Контактний тиск Вміст присадки № рівень Т, С рівень Р, МПа Рівень С, % Інтенс. знош. 1 -1 24 -1 5 -1 1 20,703 2 -1 24 -1 5 1 2 15,8492 3 -1 24 1 15 -1 1 27,599 4 -1 24 1 15 1 2 17,6403 5 1 84 -1 5 -1 1 46,057 6 1 84 -1 5 1 2 28,179 7 1 84 1 15 -1 1 73,195 8 1 84 1 15 1 2 48,612 9 -1,68 3,6 0 10 0 1,5 12,87 10 1,68 104,4 0 10 0 1,5 54,711 11 0 54 -1,68 1,6 0 1,5 16,432 12 0 54 1,68 18,4 0 1,5 36,442 13 0 54 0 10 -1,68 0,66 65,213 14 0 54 0 10 1,68 2,34 40,781 15 0 54 0 10 0 1,5 27,691 16 0 54 0 10 0 1,5 27,452 17 0 54 0 10 0 1,5 27,572 18 0 54 0 10 0 1,5 27,48 19 0 54 0 10 0 1,5 26,914 20 0 54 0 10 0 1,5 26,813 Таблиця 5 Значення коефіцієнтів рівняння, отримані в програмному середовищі Microsoft Excel b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 b11 b22 b33 27,477 13,51 1,49 6,579 -1,101 -7,197 8,269 4,86 -3,456 -1,467 Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 48 Отримана математична модель має наступний вигляд: 2 2 2 1 2 3 1 1 2 2 2 3 3 1 2 1 3 2 3 ( , , ) 27, 477 13, 51 1, 49 6, 579 1,101 7,197 8, 269 4, 86 3, 456 1, 467 . wI x x x x x x x x x x x x x x x            . Для перевірки адекватності моделі були виконані наступні розрахунки. Число ступенів свободи:  20 10 6 1 5f      . Сума квадратів відхилень RS емпіричних значень: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 (2, 468 2, 7918 1, 962 1, 4867 1, 326 0, 85 0, 018 0, 343 3,884 0, 3318 3,115 1, 09 2, 306 2, 056 0, 214 0, 025 0, 095 0, 003 0, 563 0, 664 ) 10 58, 85 10 . RS                            Значення параметра 0y в [мм]:  0 1 27, 691 27, 452 27, 572 27, 48 26, 914 26, 813 27, 32 6 y         . Отримане значення oy використаємо для отримання значення критерію ES :           222 2 2 2 6 6 (27, 691 27, 32) 27, 452 27, 32 27, 572 27, 32 27, 48 27, 32 26, 914 27, 32 26,813 27, 32 10 0, 666 10 . ES                   Дисперсії адекватності 2АДS дорівнює: 2 58,85 0, 666 11, 637 5АД S    . Дисперсія відтворюваності експерименту 2уS : 2 0, 666 0,1332 6 1y S    . Враховуючи значення дисперсії відтворюваності експерименту та значення дисперсії адекватно- сті знаходимо критерій Фішера: 11, 637 87, 365 0,1312p F   . Отримане значення критерію Фішера порівнюють з табличним відповідно до ступенів свободи 5if  і судять про адекватність. Якщо знайдене значення критерію pF менше табличного при прийнятому рівні значимості та відповідних чисел ступенів свободи, то гіпотеза адекватності отриманої моделі приймається. В нашому випадку: , 87, 356 230, 2таблp pF F  . Таке значення показника критерію Фішера говорить про адекватність даної математичної моделі. При використанні прикладного пакету значення критерію Стьюдента визначали за наступною схемою. Вибирали розрахунок для випадку з незв'язними (незалежними) або зв'язковими (залежними) вибірками. Далі вводили в першу колонку ("Вибірка 1") дані першої вибірки, а в другу колонку – "Вибі- рка 2" дані другої вибірки. Після заповнення колонок проводили автоматичний розрахунок t-критерію Стьюдента. Таблиця 6 Двовибірковий критерій Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 49 Таблиця 7 Результати при t=0,1 Згідно розрахунків, модель виявилася адекватною. а б Рис. 4 – Критичне значення (а) та вісь значимості (б), яка находиться в зоні незначимості Провівши заплановану серію експериментів та визначившись з адекватною математичною мо- деллю процесу, використали пакет Statistica і визначили оптимальні значення параметрів. Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 50 20 30 40 50 60 70 80 90 Т е м п е р а т у р а 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 Вміс т при садк и 0 5 10 15 20 25 Ін те нс и вн іс ть з нош ув а нн я > 25 < 21 < 16 < 11 < 6 < 1 Рис. 5 – Залежність інтенсивності зношування від контактного тиску, температури і вмісту присадки Аналізуючи отримані результати зробили висновок, що оптимальними параметрами для даної моделі зношування являються: вміст присадки 2,2 %; температура мастильного середовища 50 °С; конта- ктний тиск 10 МПа. Аналіз отриманих залежностей свідчить про наявність оптимального вмісту мідьвмі- сної присадки за критерієм найменшої інтенсивності зношування для всього досліджуваного діапазону контактного тиску. Із збільшенням температури і контактного тиску інтенсивність зношування зростає майже лінійно. Висновки 1. Показано, що для оцінки якості мастильних матеріалів на основі їх експлуатаційних властиво- стей доцільним є використання схеми випробування: чотирикулькова піраміда, конус-три кульки та при- строїв для нагріву оливи і вимірювання ширини сліду зносу конічної поверхні. 2. З метою оптимізації складу присадки в моторну оливу використано математичне планування експерименту і розроблено методику його проведення за рототабельним плануванням другого порядку. 3. За проведеним математичним плануванням експерименту отримано регресійну математичну модель інтенсивності зношування, визначено оптимальні параметри: вміст присадки – 2,2 %; температу- ра мастильного середовища – 50 С; контактний тиск – 10 МПа та здійснено перевірку моделі на адеква- тність. Література 1. Кузьменко А.Г., Дудчак В.П. Шляхи підвищення зносостійкості гільз циліндрів (Огляд). Час- тина ІІ. Проблеми трибології (Problems of tribology). 2005. №3. С.13-24. 2. Кузьменко А.Г., Дыха А.В. Контакт, трение и износ смазанных поверхностей. Монография. Хмельницкий: ХНУ. 2007. 344 с. 3. Диха О.В. Методи контактної трибомеханіки мастильних шарів і моделі зношування при гра- ничному терті: автореф. дис. на здобуття наукового ступеня д-ра техн. наук: 05.02.04 "Тертя та зношу- вання в машинах"– 2009.– 36с. 4. Dykha O.V., Gedzuk T.V. Rated and experimental modeling of tribological properties of construc- tional and lubri-cating materials. Проблеми трибології (Problems of Tribology). 2014. № 1. С. 84-87. 5. Диха О. В., Вельбой В.П., Гедзюк Т.В. Результати випробувань на знос конічних зразків зі сталі 45 в моторній оливі. Проблеми трибології. 2014. №2. С. 111-115. 6. Аулін В.В., Лисенко С.В., Кузик О.В.Теоретичне обґрунтування зміни режимів тертя в цилін- дро-поршневій групі ДВЗ. Проблеми трибології (Problems of tribology). Хмельницький: ХНУ, – 2010. – №3 – С.46-54. 7. Аулін В.В. Фізичні основи процесів і станів самоорганізації в триботехнічних системах: Мо- нографія. Кіровоград: Видавець Лисенко В.Ф. 2014. 370с. 8. Аулін В.В., Лисенко С.В., Лисенко В.М. Триботехнічне відновлення протягом строку служби дизелів //Проблеми трибології (Problems of tribology). Хмельницький: ХНУ, 2007. – №2 (44) – С. 60-62. Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 51 9. Аулін В.В., Семенюк М.Ф., Лисенко С.В., Кузик О.В. Зміна властивостей оливи при електро- трибохімічному відновленні робочих поверхонь деталей дизелів // Проблеми трибології (Problems of tribology). Хмельницький: ХНУ, 2009. – №1 – С.68-70. 10. Аулін В.В., Лисенко С.В., Кузик О.В. Зміна технічного стану основних сполучень двигуна та моторної оливи в процесі його експлуатації // Проблеми трибології (Problems of tribology). Хмельниць- кий: ХНУ, 2009. – №4 – С.118-122. 11. Аулін В.В., Лисенко С.В., Кузик О.В. Підвищення експлуатаційної надійності машин шляхом модифікування моторної оливи // Вісник Харківського нац. техн. університету сільск. господарства. /Вип. 100. Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва. – Ха- рків. – 2010.-С.127-133. 12. Аулін В.В., Слонь В.В., Лисенко С.В. Експрес-оцінка впливу моторних олив і присадок до них на характеристики зносу робочих поверхонь деталей двигунів вантажних автомобілів // Теоретичний і науково-практичний журнал інженерної академії України Вісник інженерної академії України. – 2013. – №2. – С. 166-170. 13. Аулін В.В., Лисенко С.В, Кузик О.В. Керування характеристиками і властивостями моторних олив комбінованим модифікуванням. Збірник наукових праць Української державної академії залізнич- ного транспорту. 2014. Вип. 148. С. 148-155. 14. Кулаков А.Т. Повышение надежности автотракторных дизелей путем усовершенствования процессов смазки, очистки и технологии ремонта основных элементов: автореф. дисс. д-ра. техн. наук: спец. 05.20.03 "Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве". Саратов, 2007. 40с. 15. Путинцев С.В. Механизм потери в поршневых двигателей: специальные главы конструиро- вания, расчет и испытания. М.: МГТУ, 2011. 288с. 16. Путинцев С.В., Аникин С.А., Иванов О.В. Моделирование параметров динамики, гидроди- намики и трибологии поршня двигателя внутреннего сгорания. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, Спец. выпуск. 2007. С.150-156. 17. Погодаев Л.И. Структурно-энергетические модели надежности материалов и деталей машин. СПб.: Академия транспорта, 2006. 608 с. 18. Салмин В.В. Улучшение эксплуатационных показателей автотранспортных двигателей сове- ршенствованных трибохимических и гидро-термодинамических процессов в смазочных системах: дис. ... д-ра. техн. наук: спец. 05.20.03 "Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйст- ве".Саранск, 2003. 475 с. 19. Александров Е.Е., Кравец И.А, Лысиков Е.П. Повышение ресурса технических систем путём использования электрических и магнитных полей: монография. Х.: НТУ "ХПИ", 2006. 544 с. 20. Берёзина Е.В. Самоорганизация присадок в граничном смазочном слое трибосопряжений машин: автореф. дисс. на соискание науч. степени д-ра техн. наук: спец. 05.02.04 "Трение и износ в ма- шинах". Иваново: ИГУ, 2007. 461 с. 21. Кузьменко А.Г., Дудчак В.П. Тертя та зношування деталей циліндро-поршневої групи (Огляд). Частина І. Проблеми трибології (Problems of tribology). 2005. №1 С.48-54. 22. Венцель Е.С., С.Г. Жалкин, Данько Н.И. Улучшение качества и повышение сроков службы нефтяных масел. Харьков: УкрГАЖТ, 2003. 168 с. Надійшла в редакцію 02.01.2019 Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 52 Dykha O.V., Aulin V.V., Lysenko S.V., Grynkiv A.V. Influence of operating factors on lubrication mode and wear resistance of parts of diesel engines of cars. It is established that in the real conditions of operation characteristic of simultaneous action of different types of wear, the relationship of which depends on the design, technology of manufacturing parts, the quality of used lubricants and the load of friction. When describing the processes of wear, it is believed that the wear rate depends on the type of lubrication, but to assess the wear resistance of the parts and connections of the diesel engine, it is necessary to know the whole spectrum of patterns of development and degradation of processes and states. It is shown that in order to assess the quality of lubricants on the basis of their operational properties, it is expedient to use the test scheme: four-headed pyramid, cone-three balls and devices for heating the oil and measuring the width of the trace of wear of the conical surface. In order to optimize the composition of the additive in motor oil, the mathematical planning of the experiment was used and the method of its implementation was developed for rootable planning of the second order. According to the mathematical planning of the experiment, a regression mathematical model of wear intensity was obtained, optimal parameters were determined: the content of the additive - 2,2 %; lubricating fluid temperature - 50 °С; the contact pressure is 10 MPa and the model is checked for adequacy. Key words: diesel engines, lubrication mode, experimental tests, wear resistance, planning of factor experiment. References 1. Kuz'menko A.G., Dudchak V.P. SHlyahi pіdvishchennya znosostіjkostі gіl'z cilіndrіv (Oglyad). CHastina ІІ. Problemi tribologії (Problems of tribology). 2005. №3. S.13-24. 2. Kuz'menko A.G., Dyha A.V. Kontakt, trenie i iznos smazannyh poverhnostej. Monografiya. Hmel'nickij: HNU. 2007. 344 s. 3. Diha O.V. Metodi kontaktnoї tribomekhanіki mastil'nih sharіv і modelі znoshuvannya pri granichnomu tertі: avtoref. dis. na zdobuttya naukovogo stupenya d-ra tekhn. nauk: 05.02.04 "Tertya ta znoshuvannya v mashinah"– 2009.– 36s. 4. Dykha O.V., Gedzuk T.V. Rated and experimental modeling of tribological properties of constructional and lubri-cating materials. Problemi tribologії (Problems of Tribology). 2014. № 1. S. 84-87. 5. Diha O. V., Vel'boj V.P., Gedzyuk T.V. Rezul'tati viprobuvan' na znos konіchnih zrazkіv zі stalі 45 v motornіj olivі. Problemi tribologії. 2014. №2. S. 111-115. 6. Aulіn V.V., Lisenko S.V., Kuzik O.V.Teoretichne obґruntuvannya zmіni rezhimіv tertya v cilіndro- porshnevіj grupі DVZ. Problemi tribologії (Problems of tribology). Hmel'nic'kij: HNU, – 2010. – №3 – S.46-54. 7. Aulіn V.V. Fіzichnі osnovi procesіv і stanіv samoorganіzacії v tribotekhnіchnih sistemah: Monografіya. Kіrovograd: Vidavec' Lisenko V.F. 2014. 370s. 8. Aulіn V.V., Lisenko S.V., Lisenko V.M. Tribotekhnіchne vіdnovlennya protyagom stroku sluzhbi dizelіv //Problemi tribologії (Problems of tribology). Hmel'nic'kij: HNU, 2007. – №2 (44) – S. 60-62. 9. Aulіn V.V., Semenyuk M.F., Lisenko S.V., Kuzik O.V. Zmіna vlastivostej olivi pri elektrotribohіmіchnomu vіdnovlennі robochih poverhon' detalej dizelіv. Problemi tribologії (Problems of tribology). Hmel'nic'kij: HNU, 2009. – №1 – S.68-70. 10. Aulіn V.V., Lisenko S.V., Kuzik O.V. Zmіna tekhnіchnogo stanu osnovnih spoluchen' dviguna ta motornoї olivi v procesі jogo ekspluatacії // Problemi tribologії (Problems of tribology). Hmel'nic'kij: HNU, 2009. – №4 – S.118-122. 11. Aulіn V.V., Lisenko S.V., Kuzik O.V. Pіdvishchennya ekspluatacіjnoї nadіjnostі mashin shlyahom modifіkuvannya motornoї olivi // Vіsnik Harkіvs'kogo nac. tekhn. unіversitetu sіl'sk. gospodarstva. /Vip. 100. Problemi nadіjnostі mashin ta zasobіv mekhanіzacії sіl's'kogospodars'kogo virobnictva. – Harkіv. – 2010.-S.127- 133. 12. Aulіn V.V., Slon' V.V., Lisenko S.V. Ekspres-ocіnka vplivu motornih oliv і prisadok do nih na harakteristiki znosu robochih poverhon' detalej dvigunіv vantazhnih avtomobіlіv // Teoretichnij і naukovo- praktichnij zhurnal іnzhenernoї akademії Ukraїni Vіsnik іnzhenernoї akademії Ukraїni. – 2013. – №2. – S. 166- 170. 13. Aulіn V.V., Lisenko S.V, Kuzik O.V. Keruvannya harakteristikami і vlastivostyami motornih oliv kombіnovanim modifіkuvannyam. Zbіrnik naukovih prac' Ukraїns'koї derzhavnoї akademії zalіznichnogo transportu. 2014. Vip. 148. S. 148-155. 14. Kulakov A.T. Povyshenie nadezhnosti avtotraktornyh dizelej putem usovershenstvovaniya processov smazki, ochistki i tekhnologii remonta osnovnyh ehlementov: avtoref. diss. d-ra. tekhn. nauk: spec. 05.20.03 "Tekhnologii i sredstva tekhnicheskogo obsluzhivaniya v sel'skom hozyajstve". Saratov, 2007. 40s. 15. Putincev S.V. Mekhanizm poteri v porshnevyh dvigatelej: special'nye glavy konstruirovaniya, raschet i ispytaniya. M.: MGTU, 2011. 288s. Вплив експлуатаційних факторів на режим змащування і зносостійкість деталей дизельних двигунів автомобілів Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 4 53 16. Putincev S.V., Anikin S.A., Ivanov O.V. Modelirovanie parametrov dinamiki, gidrodinamiki i tribologii porshnya dvigatelya vnutrennego sgoraniya. Vestnik MGTU im. N.EH. Baumana, Spec. vypusk. 2007. S.150-156. 17. Pogodaev L.I. Strukturno-ehnergeticheskie modeli nadezhnosti materialov i detalej mashin. SPb.: Akademiya transporta, 2006. 608 s. 18. Salmin V.V. Uluchshenie ehkspluatacionnyh pokazatelej avtotransportnyh dvigatelej sovershenstvovannyh tribohimicheskih i gidro-termodinamicheskih processov v smazochnyh sistemah: dis. ... d- ra. tekhn. nauk: spec. 05.20.03 "Tekhnologii i sredstva tekhnicheskogo obsluzhivaniya v sel'skom hozyajstve".Saransk, 2003. 475 s. 19. Aleksandrov E.E., Kravec I.A, Lysikov E.P. Povyshenie resursa tekhnicheskih sistem putyom ispol'zovaniya ehlektricheskih i magnitnyh polej: monografiya. H.: NTU "HPI", 2006. 544 s. 20. Beryozina E.V. Samoorganizaciya prisadok v granichnom smazochnom sloe tribosopryazhenij mashin: avtoref. diss. na soiskanie nauch. stepeni d-ra tekhn. nauk: spec. 05.02.04 "Trenie i iznos v mashinah". Ivanovo: IGU, 2007. 461 s. 21. Kuz'menko A.G., Dudchak V.P. Tertya ta znoshuvannya detalej cilіndro-porshnevoї grupi (Oglyad). CHastina І. Problemi tribologії (Problems of tribology). 2005. №1 S.48-54. 22. Vencel' E.S., S.G. ZHalkin, Dan'ko N.I. Uluchshenie kachestva i povyshenie srokov sluzhby neftyanyh masel. Har'kov: UkrGAZHT, 2003. 168 s.