Проекты

Сравнительный анализ различных видов масел для использования их в качестве машинного масла

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Машиностроение и транспорт. Робототехника»

Направление работы: Трибология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1501
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

Трибология – достаточно новое направление в физике. Впервые слово «трибология» было использовано в 1964 году физиком Дэвидом Тейбором. Он обратил внимание на процессы, связанные с трением, и ввёл новую научную дисциплину. Исследованиями в этой области занимались: д-р техн. наук профессор Крагельский И.В., его ученик д-р техн. наук профессор Дёмкин Н.Б., д-р техн. наук, академик, лауреат Большой международной медали по трибологии Чичинадзе А.В., исследования которого были взяты за основу теоретической части моей работы.

В наше время люди изобрели много видов машинного масла, однако бывают ситуации, когда для его использования нет возможности. С помощью данной работы можно сравнить машинные масла двух различных производителей и понять, можно ли использовать бытовые масла в качестве смазки двигателя. Работа может принести практическую пользу: с помощью неё можно понять, пригодны ли бытовые масла для использования в автомобилях в критических ситуациях. Кроме того, благодаря данной работе автор получен новый опыт в проведении научно-физических исследований.

Двигатель вынужден преодолевать силу трения, поэтому он теряет мощность и уменьшает свой срок службы, поэтому объектом исследования была выбрана сила жидкого трения в различных маслах. В частности, исследована её зависимость от природы и различных характеристик масла, которые возможно использовать в качестве смазки электродвигателя.

Цель

Исследовать свойства различных масел и выявить их сильные и слабые стороны.

Задачи

1. Подобрать и изучить литературу по этой теме.

2. Выяснить теоретически, какие качества машинного масла влияют на работу двигателя.

3. Подобрать объекты для исследования и эксперименты, позволяющие вычислить выбранные характеристики

4. Провести опыты.

5. Провести сравнительный анализ результатов исследования, сделать выводы и сопоставить их с гипотезой.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

– Цилиндрический сосуд с кольцевыми горизонтальными метками

– Металлический шарик

– Весы

– Часы и секундомер

– Промышленный холодильник

– Металлические сосуды

– Спички

– Шприцы объёмом 2, 2,2, 2,5 мл

– Штангенциркуль

Описание

Для исследования взяли:

1 – касторовое масло (сила жидкого трения в касторовом масле)

2 – подсолнечное масло (сила жидкого трения в подсолнечном масле)

3 – бюджетное машинное масло «Лукойл» (сила жидкого трения в масле «Лукойл»)

4 – премиальное машинное масло «Total Quartz» (сила жидкого трения в масле «Total Quartz»).

Для исследования собраны две экспериментальные установки для определения вязкости и поверхностного натяжения, для определения температуры замерзания использован промышленный холодильник. В ходе исследования выполнены следующие эксперименты.

  1. Определение вязкости методом Стокса

Для получения значения коэффициента вязкости проведены замеры времени падения металлического шарика (в масле между двумя отметками) в каждом исследуемом объекте. Для каждого масла рассчитана скорость u и его плотность. Используя полученные значения, рассчитан коэффициент вязкости для каждого объекта исследования, а также проведён сравнительный анализ полученных результатов с табличными данными.

  1. Определение температуры замерзания масла с помощью промышленного холодильника

В ходе работы по определению температуры замерзания масла образцы объектов исследования помещались в промышленный холодильник на 10 часов.

Определение коэффициента поверхностного натяжения методом падающих капель.

Рассчитана средняя масса капли каждого масла.

  1. Определение зольности масла

Для определения зольности масла производилось сжигание каждого вида масла.

Установили зависимость объёма вещества от времени горения, объём промышленных масел уменьшался линейно. При сжигании касторового и подсолнечного масла видно, что в момент времени 0,5 часа сгорела лёгкая фракция.

Результаты

1. Вязкость касторового масла более чем в 2,5 раза превысила вязкость промышленных масел. Вязкость подсолнечного масла, наоборот, оказалась меньше.

2. При температуре - 20 °С касторовое и подсолнечное масла затвердели, масла «Лукойл» и «Total Quartz» успешно прошли данный тест – при температуре - 20°С они сохранили своё агрегатное состояние и свои физико-химические свойства.

3. Для того чтобы КПД был максимальным, поверхностное натяжение должно принимать усреднённое значение. Среди полученных значений наиболее подходящими являются значения промышленных масел. Значение касторового масла оказалось чуть меньше, а результат подсолнечного – минимальный.

4. Касторовое и подсолнечное масла разделились на две фракции. Одна полностью выгорела, вторая прекратила гореть. Промышленные масла успешно прошли данный тест.

Вывод

Относительно небольшая величина вязкости и достаточно высокий коэффициент поверхностного натяжения могут обеспечить наибольший КПД и увеличить срок службы двигателя.

Бытовые масла непригодны для длительного использования в качестве смазки электродвигателя. Их физико-химические показатели довольно сильно различаются с показателями промышленных масел. При длительном использовании бытовые масла могут сильно навредить электродвигателю, так как они очень химически нестабильны.

Перспективы использования результатов работы

Определить необходимые свойства машинных масел для различных моторов (например, роторных) и автомобилей узкого назначения (например, гоночных, полицейских, грузовых). Попробовать найти ингредиент, обеспечивающий высокий КПД двигателя и долгий срок службы.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Кафедра системного анализа и управления МУПОЧ «Дубна»