Дослідження впливу ультразвукової обробки мастил на зношування агрегатів дизельних двигунів

Гвоздь, Владислав Олександрович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8922
Title:	Дослідження впливу ультразвукової обробки мастил на зношування агрегатів дизельних двигунів
Authors:	Йовченко, Алла Василівна Гвоздь, Владислав Олександрович
Issue Date:	2023
Abstract:	Мета досліджень – зниження зношування агрегатів двигунів мобільної техніки за рахунок ультразвукової обробки моторних олив. Об'єкт досліджень - пари тертя агрегатів дизельних двигунів. Предмет досліджень – процес ультразвукової обробки моторної оливи в системі змащування агрегатів дизельного двигуна та викликані нею зміни параметрів зношування пар тертя. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі: 1. Отримати залежності, що описують вплив параметрів ультразвуку та часу обробки на фізико-механічні характеристики моторної оливи та залишкові ефекти в ньому. 2. Виявити залежність фактора зношення пар тертя від частоти ультразвуку при його впливі на моторні оливи; 3. Провести досліди на зношення зразків пар тертя на машині тертя СМТ-1М при обробці моторної оливи ультразвуком; 4. Розробити конструктивно-технологічну схему обладнання ультразвукової обробки моторної оливи в системі змащення агрегатів ДВЗ. 5. Провести досліди на зношення пар тертя.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8922
Appears in Collections:	274 Автомобільний транспорт (Автомобільний транспорт)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Гвоздь.pdf Restricted Access		4.03 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний університет (ЧДТУ) 
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92 
 
 
 
 ЗАТВЕРДЖУЮ 
 зав. кафедри автомобілів та  
 технології їх експлуатації, професор  
 __________ Людмила ТАРАНДУШКА 
 «___» __________________2023 р. 
 
 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
 
 
 ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ ОБРОБКИ 
ОЛИВ НА ЗНОШУВАННЯ АГРЕГАТІВ ДИЗЕЛЬНИХ 
ДВИГУНІВ 
 
Рецензент: 
       _______________  _____________ 
(підпис), (дата)         (ім’я, прізвище) 
 
Керівник роботи: 
доц. кафедри АТЕ    _______________  Алла ЙОВЧЕНКО 
(підпис), (дата)         (ім’я, прізвище) 
 
 
Виконавець: 
студент 2 курсу, гр. мАВ-83 
спеціальності 274 – Автомобільний  
транспорт      _______________  Владислав ГВОЗДЬ  
(підпис), (дата)         (ім’я, прізвище) 
 
 
 
 
 
 
2023 
2 
 
РЕФЕРАТ 
 
Пояснювальна записка 89 с., 42 рис., 18 табл., 41 джерел посил. 
Мета досліджень – зниження зношування агрегатів двигунів мобільної техніки 
за рахунок ультразвукової обробки моторних олив. 
Об'єкт досліджень - пари тертя агрегатів дизельних двигунів. 
Предмет досліджень – процес ультразвукової обробки моторної оливи в 
системі змащування агрегатів дизельного двигуна та викликані нею зміни 
параметрів зношування пар тертя. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі: 
1. Отримати залежності, що описують вплив параметрів ультразвуку та часу 
обробки на фізико-механічні характеристики моторної оливи та залишкові ефекти в 
ньому. 
2. Виявити залежність фактора зношення пар тертя від частоти ультразвуку 
при його впливі на моторні оливи; 
3. Провести досліди на зношення зразків пар тертя на машині тертя СМТ-1М 
при обробці моторної оливи ультразвуком; 
4. Розробити конструктивно-технологічну схему обладнання ультразвукової 
обробки моторної оливи в системі змащення агрегатів ДВЗ. 
5. Провести досліди на зношення пар тертя. 
  
3 
 
Зміст 
 
ВСТУП .................................................................................................................................. 5 
РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ .............................................................................................. 6 
1.1 Особливості експлуатації дизельних двигунів мобільної сільгосптехніки та 
методи зниження зношування їх агрегатів ................................................................... 6 
1.2 Вимоги до моторних олив та методи зниження зношування вузлів шляхом 
введення в оливи антифрикційних добавок .................................................................. 7 
Висновки до першого розділу ....................................................................................... 13 
2 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ КАВІТАЦІЇ ТА ПОБУДОВА ЯКІСНОЇ МОДЕЛІ РОЗРИВУ 
СУЦІЛЬНОСТІ РІДИНИ ПРИ АКУСТИЧНІЙ КАВІТАЦІЇ ......................................... 15 
2.1 Фізичні основи кавітації .......................................................................................... 15 
2.2 Поняття зношування вузлів машин та методи його визначення......................... 19 
2.3 Оцінка впливу ультразвукової кавітації олив зношування пар тертя в ДВЗ ..... 23 
Висновки до другого розділу ........................................................................................ 26 
3 МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ ........................................................................................ 27 
3.1 Загальна структура досліджень .............................................................................. 27 
3.2 Методика вибору коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив критерієм 
оцінки зміни їх трибологічних властивостей .............................................................. 28 
3.3 Методика визначення коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив .......... 30 
3.4 Методика визначення залежності коефіцієнта поверхневого натягу моторних 
олив від температури ..................................................................................................... 35 
3.5 Методика визначення впливу параметрів ультразвуку та часу обробки на зміну 
температури і коефіцієнта поверхневого натягу оливи ............................................. 36 
3.6 Методика експериментальної оцінки ефективності кавітаційного способу 
внесення дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи .................................................... 40 
3.7 Методика експерименту з визначення залежності кінематичної в'язкості 
моторних олив від частоти ультразвуку при їх ультразвуковій обробці ................. 42 
3.8 Методика проведення триботехнічних дослідів на машині тертя при обробці 
моторної оливи ультразвуком ....................................................................................... 44 
4 
 
3.9 Стенд для дослідження зношування циліндропоршневої групи ДВЗ ................ 49 
Висновки до третього розділу ....................................................................................... 55 
4 РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ....................................... 56 
4.1 Результати експериментів з визначення залежності коефіцієнта поверхневого 
натягу моторних олив від температури ....................................................................... 56 
4.2 Результати експериментів з визначення впливу параметрів ультразвуку та часу 
обробки на зміну температури і коефіцієнта поверхневого натягу моторної оливи
 .......................................................................................................................................... 58 
4.3 Результати експериментальної оцінки ефективності способу внесення 
дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи .................................................................... 69 
4.4 Результати триботехнічних дослідів на машині тертя при обробці моторної 
оливи ультразвуком ....................................................................................................... 72 
Висновки до четвертого розділу ................................................................................... 79 
ВИСНОВКИ ....................................................................................................................... 83 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ ................................................................................. 85 
 
 
  
5 
 
ВСТУП 
 
Основні техніко-економічні та експлуатаційні характеристики сучасної 
техніки, такі як енергоспоживання, ККД, надійність, ресурс безвідмовної роботи, 
ефективність ремонту, екологічна чистота та інше залежать від поточного стану 
основних конструктивно-технологічних вузлів. У свою чергу, стан конструктивно-
технологічних вузлів техніки визначається зношуванням пар тертя. 
Найбільш гостро питання зносостійкості пар тертя стоїть в сучасних 
автотракторних двигунах, агрегати яких працюють в умовах високих температур, 
постійної нерівномірної вібрації, граничного змащування та ін., що різко знижує 
ресурс двигунів та підвищує вартість їх обслуговування. Наприклад, статистика 
показує, що за час експлуатації, тракторний двигун ремонтується до п'яти разів. 
При цьому відмови двигунів, що вперше зробили ремонт, пов'язані, як правило, зі 
зношуванням та становлять 50...70 % від їх загальної кількості. 
Таким чином, важливим завданням є розробка та впровадження недорогих і 
ефективних способів зниження зношування агрегатів двигунів мобільної 
сільськогосподарської техніки, що підтверджує актуальність даного напрямку 
наукових досліджень. 
 
6 
 
РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ 
 
1.1 Особливості експлуатації дизельних двигунів мобільної 
сільгосптехніки та методи зниження зношування їх агрегатів 
 
Експлуатація дизельних двигунів мобільної сільгосптехніки пов’язана з 
несприятливими зовнішніми умовами та підвищеним навантаженням при виконанні 
сільгоспробіт [1-11]. 
На довговічність та зносостійкість вузлів двигунів впливає цілий ряд зовнішніх 
факторів, особливості конструкції, ефективність ремонтно-налагоджувальних робіт 
та експлуатаційних заходів [12-16]. 
Сучасна трибологія досягла великих успіхів у питаннях вивчення фізико-
механічних аспектів тертя, дослідження поверхонь тертя теоретичними та 
експериментальними методами розрахунків і моделювання показників зношування, 
розробці науково-обґрунтованих методів підвищення зносостійкості вузлів тертя. 
До класичних методів зниження зношування пар тертя та, зокрема деталей 
тертя автотракторних двигунів, відноситься вдосконалювання їх конструкції [11- 
24], а також застосування антифрикційних матеріалів [15-26]. Однак, застосування 
цих методів можливе лише на стадії проєктування, виготовлення, що може суттєво 
підняти вартість кінцевого продукту. Слід також визнати, що конструкція і 
технологія виготовлення сучасних двигунів доведені практично до досконалості, і їх 
зміна не представляється актуальною і економічно обґрунтованою [11]. 
Більш економічними представляються методи, пов'язані з нанесенням на 
поверхні пар тертя різних антифрикційних покриттів і (або) їх спеціальною 
обробкою. Дані заходи можливо проводити не тільки під час виготовлення 
двигунів, але й при ремонті. 
Широке поширення одержали експлуатаційно-технічні методи зниження 
зношування двигунів. 
Ці методи засновані на: розробці та чіткому виконанні програм 
експлуатаційних заходів з врахуванням кліматичних та інших зовнішніх умов 
7 
 
експлуатації техніки; застосуванні дистанційного керування комплексами 
сільгоспмашин [1-9]; оптимальній експлуатації системи змащування двигуна та його 
агрегатів [10-19]; виборі науково-обґрунтованої стратегії технічного обслуговування 
та ремонту [20-22]. 
Важливу роль у зниженні зношування агрегатів дизельних двигунів відіграє 
оптимізація режимів і строків початкового та післяремонтного обкатування двигунів 
і застосування ефективних способів і приладів контролю, прогнозування процесу 
обкатування двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) [2, 13, 15]. 
 
1.2 Вимоги до моторних олив та методи зниження зношування вузлів 
шляхом введення в оливи антифрикційних добавок 
 
На даний час широко застосовуються безрозбірні методи зниження зношування 
ДВЗ, засновані на оптимізації антифрикційних властивостей моторних олив. 
Моторна олива - це не тільки мастильний матеріал для поршневих двигунів 
внутрішнього згоряння. Це важливий елемент їх конструкції [5, 8, 15]. 
Сучасні моторні оливи – це високолеговані мастильні матеріали дуже 
складного, ретельно розробленого й збалансованого складу. Їх основою є 
мінеральні, напівсинтетичні чи синтетичні базові оливи.  
Основні функціональні вимоги до моторних олив: 
- забезпечити чистоту деталей двигуна, за рахунок високих миючих, 
диспергуюче-стабілізуючих та солюбилізуючих властивостей відносно різних 
нерозчинних забруднень; 
- сприяти легкому холодному пуску двигуна, забезпечувати гарну 
прокачуваність при холодному пуску та надійне змазування в екстремальних умовах 
при високих навантаженнях і температурі навколишнього середовища за рахунок 
оптимальних густинно-температурних властивостей і низької температури 
застигання; 
- відводити тепло від нагрітих деталей двигуна, забезпечувати надійну роботу 
двигуна при високих температурах у зоні циліндропоршневої групи та у зоні 
8 
 
картера за рахунок високої термічної і термоокислюючої стабільності; 
- забезпечувати надійне змащування деталей двигуна при будь-яких режимах 
його роботи за рахунок високих антифрикційних, протизношених та протизадирних 
властивостей. 
- забезпечувати нейтралізацію корозійно-агресивних компонентів, що 
накопичуються в процесі експлуатації двигуна (продукти неповного згоряння 
палива, а також впливу кисню повітря та води на матеріал деталей двигуна) за 
рахунок високих антикорозійних і захисних властивостей. 
При цьому оливи повинні додатково мати наступні властивості: стійкість до 
старіння; висока фізична та хімічна стабільність при транспортуванні та зберіганні; 
відсутність корозійного впливу на матеріали деталей двигуна, як у процесі роботи, 
так і при тривалих перервах; сумісність з матеріалами ущільнень та каталізаторами 
системи нейтралізації відпрацьованих газів; мала летючість; мале спінення при 
високій та низькій температурах; енергозберігаючі властивості; низька токсичність; 
біорозкладність [5, 14, 15, 16, 18]. 
Для реалізації всіх вищезгаданих властивостей у основу оливи додають 
присадки. Під "присадками" розуміються оливорозчинні речовини або хімічні 
сполуки. Вони становлять найпоширенішу групу добавок до олив [11]. Практично всі 
моторні оливи випускаються виробниками із присадками [12]. Різке збільшення 
числа автомобілів і автотракторної техніки та жорстка конкурентна боротьба між 
фірмами - виробниками олив призвели до того, що щорічно на ринку з'являються 
десятки і сотні нових присадок і пакетів присадок. 
Присадки, що застосовуються для оптимізації трибологічних властивостей олив, 
за способом дії діляться на: антифрикційні; протизносні; протизадирні. 
Протизадирні присадки використовуються, в основному, у трансмісійних і 
індустріальних оливах, а також у пластичних мастилах [9, 13, 16]. 
Антифрикційні присадки розділяють на дві групи: оливорозчинні поверхнево-
активні речовини (ПАР); тверді нерозчинні в оливі речовини, як правило, 
неорганічного походження, називають "антифрикційними добавками". 
Антифрикційні добавки: дисульфід молібдену, графіт, окис цинку, олово, 
9 
 
кобальт, мідь, у вигляді дрібнодисперсних часток додаються в оливу, утворюючи 
суспензію. Добавки забезпечують антифрикційну та протизносну, а, у деяких 
випадках, і протизадирну дію. 
Антифрикційні добавки використовуються в моторних оливах для зниження 
тертя металевих пар поршнів, стінок циліндрів [9, 12, 14, 18, 24]. 
Для зниження зношування агрегатів ДВЗ за рахунок поліпшення 
антифрикційних і протизадирних властивостей моторних олив широко 
використовуються способи та обладнання для одержання та внесення у вихідну 
(базову) оливу додаткових антифрикційних добавок (переважно дрібнодисперсних 
часток неорганічного походження) [5, 10, 14, 15, 18]. 
Дані способи відрізняються технологією отримання і внесення в оливу 
дрібнодисперсних добавок. 
Відомий спосіб [17] отримання присадок за допомогою обробки твердих 
компонентів у спеціальному подрібнюючому обладнанні з одночасною обробкою 
постійним струмом (рис. 1.1). Після обробки, отримана маса сепарується та 
додається до базової оливи. 
 
 
1, 1.1, 1.2 - станина з опорами; 2 - корпус; 3.1, 3.2 – перший і другий вали із 
цапфами; 7.1, 7.2 – перше і друге струмознімні кільця; 8 - кришка;  
13, 14 - струмознімні кільця на валах; 15, 16 - ковзні контакти, 17- ізоляційна 
основа; 18, 19 – клеми 
Рисунок 1.1 - Подрібнююче обладнання 
10 
 
До недоліків способу слід віднести багатоступеневість процесу отримання 
добавки, складну конструкцію обладнання, недостатню стабільність отриманої 
оливи, обумовлену механічним дробленням часток та перемішуванням суспензії. 
Відомий також спосіб [8] отримання складу оливи з поліпшеними 
антифрикційними властивостями, що полягає у додаванні в оливу дисперсного 
порошку металу (міді), отриманого методом електричного вибуху провідників у 
середовищі аргону або водню (рис. 1.2). До недоліків способу слід віднести 
багатоступеневість процесу отримання добавки, складну конструкцію обладнання, і 
недостатню стабільність отриманої оливи, обумовлену механічним дробленням 
часток та перемішуванням суспензії. 
 
 
Рисунок 1.2 – Функціональна схема установки для отримання дисперсного порошку 
 
Установка працює в такий спосіб. Від високовольтного джерела живлення 
заряджається ємнісний накопичувач енергії (С). Система подачі дроту забезпечує 
автоматичну подачу відрізка дроту, що вибухає в міжелектродний проміжок. При 
досягненні дротом високовольтного електрода, системою керування автоматично 
включається розрядник, відбувається розряд накопичувача на відрізок дроту між 
високовольтним і заземленим електродами - і він вибухає. Порошок, що утворився, 
збирається в накопичувач. Очищений від порошку газ за допомогою вентилятора 
через фільтр подається назад у камеру. 
Отримання однорідної суспензії з базової оливи та дрібнодисперсного порошку 
металу виконується за допомогою ультразвукового диспергатора УДЗН-2Т. 
11 
 
Загальний вигляд диспергатора наведено на рис. 1.3. 
 
 
Рисунок 1.3 – Диспергатор УДЗН-2Т 
 
Застосування ефективної технології отримання дрібнодисперсного матеріалу 
добавки дозволяє одержати оливу з поліпшеними трибологічними характеристиками.  
Недоліками даного способу є багатоступеневість процесу, його складність і 
висока вартість, обумовлені підвищеними вимогами до забезпечення безпеки при 
практичній реалізації методу електричного вибуху провідників і складною 
конструкцією використаного устаткування. Також недоліком методу є неможливість 
отримання дисперсного порошку з неметалічних матеріалів. 
На цей час розроблено цілий ряд методів створення ультрадисперсних і 
нанорозмірних порошків [14]. 
Для отримання оливи з присадками в місткість із базовою оливою додається 
необхідна кількість порошку, хвилевод повністю занурюється в рідину, включається 
генератор (на частоті 23 кГц). Час впливу ультразвуку залежить від об’єму рідини та 
концентрації порошку [10] (рис. 1.4). 
Позитивний ефект даного способу полягає в тому, що при обробці акустичною 
кавітацією ступінь деагломерації часток підвищується, а швидкість седиментації 
суспензії зменшується. Таким чином, підвищується якість і стабільність одержаної 
оливи. Недоліком способу є складність і висока вартість, пов'язана з використанням 
громіздкого дорогого устаткування для отримання нанорозмірного порошку. 
12 
 
 
1 – ультразвуковий генератор; 2 – магнітнострикційний перетворювач;  
3 – хвилеводи 
Рисунок 1.4 – Установка ІЛ 100/6 
 
Аналіз вищевказаних розробок показав необхідність удосконалювання і 
спрощення способів отримання олив з дрібнодисперсними добавками. 
Становить певний інтерес питання підвищення післяремонтної довговічності 
автотракторних двигунів застосуванням трибопрепаратів, що додаються в моторну 
оливу під час експлуатаційного обкатування та післяремонтної експлуатації. 
Трибодобавки до моторних і інших олив відрізняються від численних присадок в 
оливах тим, що присадки "працюють" поліпшуючи його експлуатаційні властивості, 
а триботехнічні сполуки "працюють" на метал, поліпшуючи експлуатаційні 
властивості робочих поверхонь деталей, причому ці трибопрепарати не реагують з 
оливами та не погіршують їх якість. 
Розроблений і обґрунтований метод вибору раціональних трибоматеріалів для 
прискорення обкатування та підвищення довговічності і безвідмовності ДВЗ після 
ремонту. Розроблений експрес-метод дозволяє виявити раціональні трибопрепарати 
по відсутності задирів в парі тертя і коефіцієнту тертя, який не повинен перевищувати 
0,05. 
У результаті триботехнічних досліджень трибоматеріалів, у складі моторної 
оливи в умовах тертя, наближених до умов тертя ресурсних сполучень двигуна 
встановлено, що виявлені за допомогою розробленого методу раціональні 
трибоматеріали Oil Package і Micro-Ceramic Wagner у порівнянні з іншими 
13 
 
трибоматеріалами суттєво знижують коефіцієнт тертя, який не перевищує 0,05, і 
зношування зразків в 5-7 раз. Час стабілізації коефіцієнта тертя не перевищує однієї 
години. Встановлено, що при наявності в оливі трибопрепарата Oil Package, зміна 
вихідної шорсткості шліфованої поверхні зразків у межах від 6 В до 10 В не виявляє 
впливу на утворення задирів в трибосполученнях. Стабілізація шорсткості наступає 
через 20-30 хв при випробуванні зразків. 
Обґрунтована можливість скорочення періоду післяремонтного 
експлуатаційного обкатування ДВЗ, яка може бути не менше 20 мотогодин замість 
нормативних 60…120 мотогодин без утворення задирів і, що наробіток до першої 
ресурсної відмови може бути збільшено у два і більш разів за рахунок використання 
раціональних трибоматеріалів Wagner. Застосування трибоматеріалів Wagner 
виключають утворення задирів у ресурсних сполученнях і суттєво знижує 
інтенсивність зношування деталей. 
Загальним недоліком методів зниження зношування вузлів тертя за рахунок 
внесення в оливу антифрикційних добавок полягає в тому, що дія добавок 
закінчується через порівняно невеликий період часу і потрібне періодичне 
диспергування оливкової суспензії. 
 
Висновки до першого розділу 
 
Ґрунтуючись на аналізі реалізацій існуючих способів зниження зношування 
агрегатів дизельних двигунів, а також роботи різного типу обладнання для 
електростатичної, магнітної, електромагнітної, променевої, лазерної та кавітаційної 
обробки моторної оливи можна стверджувати наступне. 
1. Оскільки конструкція більшості сучасних двигунів доведена практично до 
досконалості, то прогнозоване поліпшення зносостійкості їх агрегатів може бути 
досягнуто за рахунок науково-обґрунтованих програм експлуатаційних заходів, а 
також за рахунок удосконалювання процесів обробки моторних олив за допомогою 
енергетичних впливів, що дозволяють поліпшити трибологічні властивості олив. 
2. Існуючі рішення в області енергообробки моторних олив мають 
14 
 
несистематизований характер, при цьому найчастіше, при застосуванні того або 
іншого способу обробки, просто констатується підвищення зносостійкості агрегатів 
двигунів без пояснення фізичних основ процесів обробки. 
3. Всі запропоновані рішення використовують лише окремі ефекти, реалізовані 
при різних способах обробки моторної оливи. Зокрема, при ультразвуковій обробці 
моторної оливи не виявлені фізичні основи процесів зміни властивостей оливи, і не 
визначені оптимальні режими функціонування обладнання для обробки моторної 
оливи й параметри ультразвуку, у тому числі частота, потужність випромінювання, 
час обробки. Тому, обрана тема роботи є актуальною. 
15 
 
2 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ КАВІТАЦІЇ ТА ПОБУДОВА ЯКІСНОЇ МОДЕЛІ 
РОЗРИВУ СУЦІЛЬНОСТІ РІДИНИ ПРИ АКУСТИЧНІЙ КАВІТАЦІЇ 
 
2.1 Фізичні основи кавітації 
 
Кавітація являє собою засіб локальної концентрації енергії низької густини у 
високу густину енергії, пов'язану з пульсаціями та захлопуванням кавітаційних 
пухирців (каверн). 
Пухирці заповнені насиченою парою або сумішшю насиченої пари й газів, які 
були розчинені в даній рідині. Розміри кавітаційних пухирців можуть бути від 
мікроскопічних до величезних каверн, що практично повністю заповнюють 
прилеглий простір. Кожний кавітаційний пухирець, формуючись із ядра, росте до 
кінцевих розмірів, після чого захлопується. Весь процес відбувається протягом 
декількох мілісекунд. Кавітація виникає в результаті місцевого зниження тиску в 
рідині. Зниження тиску в рідині до тиску насичених парів можливо також при 
кипінні. Але цей процес поширюється по всьому об’єму рідини на відміну від 
кавітації, яка має обмежену область [16]. 
Розрізняють гідродинамічну кавітацію, що виникає за рахунок місцевого 
зниження тиску в потоці рідини при обтіканні твердого тіла, і акустичну кавітацію, 
що виникає при проходженні через рідину акустичних коливань. Оскільки 
ультразвукові коливання викликають акустичну кавітацію, розглянемо цей вид більш 
докладно. 
Акустична кавітація являє собою ефективний засіб концентрації енергії звукової 
хвилі низької густини у високу густину енергії, пов'язану з пульсаціями та 
захлопуванням кавітаційних пухирців [19]. У фазі розрідження акустичної хвилі в 
рідині утворюється розрив у вигляді порожнини, яка заповнюється насиченою 
парою даної рідини. У фазі стискання, під дією підвищеного тиску та сил 
поверхневого натягу, порожнина захлопується, а пара конденсується на межі 
розділу фаз. Через стінки порожнини в неї дифундує розчинений у рідині газ, який 
потім зазнає сильного адіабатичного стискання. У момент захлопування тиск і 
16 
 
температура газу досягають значних величин (за деяким даними до 100 МПа й 
1000 °С). Після захлопування порожнини в навколишній рідині поширюється 
сферична ударна хвиля, що швидко загасає в просторі [26]. Для того, щоб у рідині 
створюється порожнина, необхідно розсунути сусідні молекули на відстань не 
менше подвійної довжини проміжку між ними. Максимальна напруга, яку може 
витримати рідина, розраховується за формулою Релея: 
 
����≈2σ/����,      (2.1) 
  
де Р - напруга, МПа; σ - поверхневий натяг рідини, Н/м; R - радіус пухирця, м. 
Наприклад, для води при R=2·10-10 м, Р=1000 МПа кавітаційна міцність 
необробленої води не перевищує декількох десятків МПа [16]. 
Розбіжність між експериментальною та теоретичною міцністю пояснюється 
наявністю в реальних рідинах різних домішок і включень, які є зародками кавітації 
та сильно знижують міцність [16]. 
У більшості досліджень кавітації, особливо теоретичних, розглядають 
поведінку одиничного пухирця. У реальних умовах необхідний цілий комплекс 
заходів, щоб добитися існування одиночного пухирця. Навіть при тиску, що 
ненабагато перевищує поріг кавітації, відразу з'являється безліч кавітаційних 
пухирців, що займають певну частину простору, який називають кавітаційною 
областю [14, 16, 20]. При імпульсних розтягувальних напругах у рідині зародки 
кавітації починають рости, утворюючи кавітаційний кластер, форма і довжина якого 
визначаються початковим спектром розмірів кавітаційних зародків, характером 
напруги, що прикладається і граничними умовами. Усі зародки досягають 
максимального розміру одночасно, і середовище може вважатися практично 
монодисперсним, що містить пухирці тільки одного розміру [21, 22]. 
У розвиненій кавітаційній області кількість кавітаційних пухирців перевищує 
кількість зародків приблизно в 105 разів. Це пояснюється тим, що процес 
виникнення кавітаційних пухирців є ланцюговою реакцією [26, 36]. 
У якості величини, що характеризує ступінь розвиненості кавітації, 
17 
 
Л.Д. Розенберг запропонував використовувати безрозмірний індекс кавітації: 
 
К=∆����/����      (2.2) 
 
де υ – виділений об’єм, м3; Δυ – об’єм всіх кавітаційних пухирців, м3. 
Індекс кавітації є мірою просторової густини енергії, а величина Δυ 
пропорційна потенційній енергії, накопиченої пухирцями, що втримуються в об’ємі 
υ [16]. Представляє значний практичний інтерес залежність середнього індексу 
кавітації від періоду коливань первинної УЗ хвилі [16]: 
 
1 Т
∫ R(t)3δt
К = Т 0 ,       (2.3) 
RMAX
 
де Т - період коливань первинної УЗ хвилі, с; R(t) - миттєвий радіус 
кавітаційного пухирця залежно від часу; RMAX - максимальний радіус кавітаційного 
пухирця, м. 
Для створення кавітаційної області використовується певна частина енергії 
первинного звукового поля. Відношення витраченої енергії до повної первинного 
поля називається коефіцієнтом кавітаційного використання акустичної енергії [16]: 
 
η Е
= К ,        (2.4) 
Е
 
де η - безрозмірний коефіцієнт; Ек та Е - енергія, Дж. 
Енергія звукового поля, що йде на утворення кавітаційної області, 
витрачається протягом усієї фази розширення кавітаційного пухирця. Цей час 
менший періоду первинного звуку. Якщо прийняти цей час рівним періоду, то 
середня за період потужність, яка витрачається на утворення всієї кавітаційної 
області, рівна: 
18 
 
N EK E
K = =η = N ,       (2.5) 
T T η
0 0
 
де NК - середня потужність, Вт; Т0 - період, с. 
Кавітаційна область являє собою трансформатор потужності, у якому енергія, 
що повільно накопичується, звільняється протягом короткого часу, у результаті чого 
миттєва потужність у багато разів перевершує середню область, що вводиться 
випромінювачем у кавітаційну [15, 16]. 
Акустична кавітація у рідинах ініціює різні фізико-хімічні явища; 
сонолюмінесценцію (світіння рідин); хімічні ефекти (звукохімічні реакції); ерозію 
твердих тіл (руйнування поверхні); диспергування (подрібнення твердих часток в 
рідині) та емульгування (змішування та гомогенізація рідин) [11]. 
Однак, завдяки складним і неоднозначним фізико-хімічним процесам, що 
викликають кавітацію, це явище до кінця не вивчено. Тому постійно розробляються 
нові методи змішування, дія яких заснована на кавітації. 
Були проведені експерименти з моторними оливами VAG Special E 10W-40 
(мінеральне), Shell Helix HX7 10W-40 (напівсинтетичне) і ZIC X7 Diesel 10W-40 
(синтетичне). Характеристики густини та кінематичної в'язкості при Т=100 °С олив 
наведено на рис. 2.1-2.2. 
 
 
Рисунок 2.1 – Густина олив при Т=100 0С 
 
 
19 
 
Аналіз характеристик густини та в’язкості олив (рис. 2.1-2.2) показує, що для 
розглянутих олив – від синтетичного до мінерального – можна використовувати 
варіант – збільшення густини при зниженні в'язкості між шарами [16]. 
 
 
Рисунок 2.2 – Кінематична в'язкість олив при Т=100 0С 
 
У якості характеристики олив був обраний коефіцієнт поверхневого натягу, 
оскільки поверхневий натяг рідини є частиною внутрішньої енергії [14, 17], яку 
можна змінювати під впливом ультразвуку від зовнішнього джерела. При цьому 
коефіцієнт поверхневого натягу нескладно оцінити в процесі проведення 
експериментальних досліджень. Залежність зміни коефіцієнта поверхневого натягу 
від частоти та потужності коливань може бути обрана в якості параметра для 
оцінки зміни густини та в'язкості рідини при впливі на неї ультразвуку. 
 
2.2 Поняття зношування вузлів машин та методи його визначення 
 
Встановлено, що 85-90 % ДВЗ виходять із ладу в результаті нагромадження 
ушкоджень (зношення) і тільки 10-15 % з інших причин. Зношування вузлів машин і 
механізмів визначається їх навантажувальною здатністю, режимами роботи та 
умовами експлуатації [22]. 
Методи визначення зношування розділяються на: розрахункові, розрахунково-
експериментальні, експериментальні. 
Розрахункові методи базуються на даних про типи зношення, властивостях 
матеріалів, режимах і умовах тертя, даних про зношування ідентичних виробів. 
20 
 
Розрахункові методи слід застосовувати на стадії конструювання виробів. 
Виконані на стадії проєктування розрахунки вузлів тертя на зношування 
сприяють створенню оптимального механізму. 
Однак, відсутність єдиної теорії зношення, що охоплює всі аспекти зношення, 
приводить до великої похибки розрахункових методів. Наприклад, оцінки зношення, 
проведені за методом розрахунків абразивного зношування деталей циліндро-
поршневої групи ДВЗ порівнюючи їх з результатами дослідів реальних двигунів дали 
великі розбіжності [21]. 
Тому, у реальній інженерній практиці, вибір матеріалів для вузлів тертя та 
конструкцій агрегатів ДВЗ здійснюється в основному на основі розрахунків на 
міцність і теплових розрахунків ДВЗ [20], а триботехнічні параметри вузла тертя 
вибираються на основі досвіду, а також інтуїції конструктора. 
Експериментальні методи засновані на використанні даних, одержаних при 
випробуванні виробів, або даних підконтрольної експлуатації. Експериментальні 
методи використовуються при визначенні ефекту зниження зношування виробів при 
проведенні ремонтних, обкатних і післяремонтних експлуатаційних заходів. 
Застосування чисто експериментальних методів оцінки зношування вузлів реальних 
машин пов’язано з певними труднощами, а строки дослідів можуть розтягуватися до 
декількох років. 
Якщо по технічних, економічних або організаційних причинах неможливо або 
недоцільно застосовувати експериментальні методи, а також для скорочення обсягу 
та строків випробувань, застосовуються розрахунково-експериментальні методи. 
Розрахунково-експериментальні методи основані на обчисленні показників 
зношування за даними про зношування виробів, обумовленими 
експериментальними методами. Часто для розрахунково-експериментального 
визначення зношування виробів використовують екстраполяцію. 
Методика розрахунків на зношення, розроблена І.В. Крагельським, розглядає 
поняття питомого зношування i, тобто знімання матеріалу об’ємом ΔV (м3), на 
одиницю фактичної площі контакту Аr (м2) на шляху ковзання, рівним середньому 
діаметру плями контакту d (м), тобто: 
21 
 
l ∆V ∆h
h = = ,       (2.6) 
d ⋅ Ar d
 
де ∆h – товщина зношеного шару матеріалу, м. 
Для розрахунку інтенсивності зношування Ih використовується рівняння: 
 
l i α P
= ⋅ ⋅ a
h h ,       (2.7) 
Pr
 
де Pa – номінальний контактний тиск, Па; Pr – фактичний контактний тиск, Па;  
α – відношення номінальної площі контакту до площі тертя. 
Класифікація видів зношування враховує особливості контакту, зміни та 
руйнування поверхонь тертя. Характер порушення фрикційного зв'язку на плямі 
дотику й процеси, що протікають у поверхневих шарах та мікрооб’ємах, суттєво 
залежать від цілого ряду факторів [11]. Один з таких факторів - геометричний, що 
характеризується відношенням глибини впровадження або величин стиснення до 
радіуса одиничної нерівності, дає можливість розрізняти контакти: пружний, 
пластичний та мікрорізання. Інший, фізико-механічний, визначається відношенням 
величини тангенціальної міцності молекулярного зв’язку до межі текучості матеріалу 
основи. 
Пружний контакт при прироблених поверхнях і стаціонарному зношуванні 
визначається за формулою: 
 
t y
  2 K t
 ⋅ f
  y
lh = C1 ⋅P θ τ 0 ⋅θ⋅ ⋅  ⋅  y min  ,    (2.8) 
1 a  α   
 y   σ 0θ 
 
де lh  – інтенсивність зношення; C1 – коефіцієнт, що залежить від гамма- 
1
функції; Ра – номінальний тиск; θ – коефіцієнт еластичності зразка, що зношується; 
τ0 – фрикційний параметр, що залежить від умов роботи пар тертя; ty – параметр 
кривої функціональної втоми (для пружного контакту); σ0 – напруження при 
22 
 
однократному розтягуванні, МПа; fmin – мінімальний коефіцієнт тертя; Ку – 
поправочний коефіцієнт, що залежить від f і коефіцієнта Пуассона для матеріалу 
зразка, що зношується (μ). 
Аналіз рівняння (2.8) дозволяє виявити коло зовнішніх і внутрішніх причин, що 
впливають на зношування матеріалу. До перших відноситься сукупність параметрів: 
навантаження, швидкість відносного переміщення зразків, вихідна шорсткість 
поверхонь тертя, температура та вологість у місці проведення експерименту, 
введення абразиву різної дисперсності та ін. До других - фізико-механічні 
властивості матеріалів, температура на фрикційному контакті, утворення плівок на 
поверхнях при терті, зсувний опір, напруга на ділянках контакту, коефіцієнт тертя 
та інші фактори. Рівняння (2.8) може бути визначено тотожністю: 
 
lh1 =Ф
Р 1(М1 )      (2.9) 
а
 
l
де h1  − коефіцієнт (або фактор) зношення; Ф1 – комплекс внутрішніх аспектів, 
Ра
що визначають фізико-механічні властивості тонких поверхневих шарів матеріалів, 
що змінюються під дією зовнішніх умов фрикційного контакту. 
l
 Таким чином, фактор зношування Ф = h  був визначений теоретично, 
Ра
виходячи з уявлень втомлювального механізму зношування матеріалів для випадку 
пружного контакту та приробленого стану поверхонь. У правій частині виразу (2.9) 
перебувають фізико-механічні властивості та фрикційні параметри поверхонь, що 
залежать від зовнішніх умов, зокрема, від температури, що розвивається на 
поверхнях при терті. Оскільки інтенсивність зношування для приробленого 
l
пружного контакту пропорціональна Ра, то відношення Ф = h  не залежить від 
Ра
номінального тиску, при якому ведеться досліди на зношування матеріалу і 
визначається фізико-механічними властивостями матеріалів пар тертя. 
23 
 
При пружному приробленому контакті поверхонь тертя і наявності 
стаціонарного зношування фактор Ф може служити характеристикою зносостійкості 
в умовах, коли зміна температури на контакті за рахунок зміни навантаження, 
швидкості відносного переміщення поверхонь не приводить до істотної зміни 
фізико-механічних і фрикційних властивостей матеріалів (наприклад металів і 
металевих сплавів з високим модулем пружності та твердості), тобто Ф - постійно. 
Тому, при порівнянні результатів дослідів на зношування зразків пар тертя 
доцільно користуватися показником фактора зношування Ф. 
 
2.3 Оцінка впливу ультразвукової кавітації олив зношування пар тертя в 
ДВЗ 
 
Високі температури, вібрація та інші фактори приводять до того, що режимом 
змащування двигунів стає режим граничного тертя (такий же режим забезпечується 
при дослідах на зношування зразків на машині тертя). У цьому режимі відбувається 
основне зношування поверхонь тертя [18], причому зношування деталей залежить 
від поверхневої активності моторної оливи (здатності створювати граничний 
мастильний шар). Це і є змащувальна здатність моторної оливи [4]. Змащувальна 
здатність – це взаємний силовий вплив молекул повітря, оливи та твердого тіла на їх 
межі. Експериментально підтверджено, що змащувальна здатність прямо залежить 
від коефіцієнта поверхневого натягу рідких олив [22, 27]. Показник поверхневого 
натягу нерозривно пов'язаний з явищем адгезії та з крайовим кутом змащування 
поверхні мастилом. Адгезія оцінюється роботою, яку треба затратити, щоб 
розділити рідину і тверду речовину на поверхні зіткнення площею 1 м2. Чим 
більша робота і менший показник поверхневого натягу змащення, крайового кута 
змочування, тим краще олива змащує поверхню тертя [16]. Робота адгезії 
визначається за формулою Дюпре-Юнга: 
 
Wa =σ (1+ cosθ ),       (2.10) 
 
24 
 
де σ - показник поверхневого натягу рідини на межі з повітрям, Н/м; θ - 
крайовий кут змочування, град. 
Явище зменшення зношування деталей тертя при опроміненні оливи 
ультразвуковими хвилями пов'язано зі зниженням коефіцієнта його поверхневого 
натягу, що дозволяє оливі вільно, без додаткових зусиль, розподілятися по 
поверхнях тертя, утворюючи при цьому плівку оптимальної товщини, що дозволяє 
підвищувати антифрикційну здатність контактуючих поверхонь. Залежність 
фрикційних характеристик контактуючих деталей від поверхневого натягу 
змащувальних олив пояснюється молекулярно-кінетичною теорією тертя [19]. 
Слід зазначити, що кавітаційні процеси, які відбуваються в оливі, могли б взяти 
безпосередню участь у формуванні поверхонь елементів пар тертя, однак висока 
в'язкість оливи не дозволяє кавітаційним процесам реалізовуватися на відстані, що 
не перевищує 3-5 мм від джерела коливань. Тому даними припущеннями можна 
знехтувати. 
Порівняльна оцінка інтенсивності зношування при проведенні дослідів зразків 
пар тертя на машинах тертя проводиться за показником фактора зношення. 
При обробці синтетичної моторної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 ультразвуком 
із частотами діапазону 17...43 кГц знижений, більш ніж на 5 % коефіцієнт 
поверхневого натягу «полегшує» формування масляного шару між контактуючими в 
процесі зношування поверхнями «ролика» і «колодки», що дає максимальне 
зниження фактора зношення. 
Аналізуючи формули, що відображають залежність коефіцієнта поверхневого 
натягу (σ) від частоти ультразвуку (F), можна припустити, що зміна фактора 
зношування для синтетичної оливи буде повторювати залежність σ від F 
ультразвуку. 
В цьому випадку характер залежності фактора зношування пар тертя від 
частоти ультразвуку при УЗ обробці синтетичної дизельної оливи має вигляд (табл. 
2.1 та рис. 2.3). 
Тоді рівняння, що відображає залежність фактора зношування Ф від частоти F: 
25 
 
1,023 ⋅10−10 ; ∀F ∈[0;12]
Ф = − 0,6 ⋅10−11 F +1,75 ⋅10−10 ; ∀F ∈[12;17]    (2.11) 
0,78 ⋅10−10
 ; ∀F ∈[17;43]
 
Таблиця 2.1 - Залежність фактору зношування Ф від частоти ультразвуку 
синтетичної моторної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 
F, кГц σ, мН/м Фексп Фрозр Похибка, % 
0-12 34,198 1,023∙10−10 1,03∙10-10 0,68 
13 33,822  9,7∙10−11  
14 33,446  9,1∙10−11  
15 33,07  8,5∙10−11  
16 32,694  7,9∙10−11  
17-43 32,318 7,35∙10−11 7,3∙10−11 -0,68 
 
 
Рисунок 2.4 – Графік залежності фактора зношування (Ф) від частоти 
ультразвуку синтетичної моторної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 
 
Результати трибологічних дослідів зразків пар тертя на машині тертя 
підтверджують справедливість даного припущення. 
Режим граничного тертя накладає підвищені вимоги до товщини та цілісності 
плівки оливи, щоб уникнути зникнення мастильного ефекту і переходу до 
"плівкового голодування" [14]. 
Опромінення оливи ультразвуком не тільки знижує коефіцієнт поверхневого 
натягу, але і підвищує температуру моторної оливи. Підвищення температури 
залежить від часу опромінення та параметрів ультразвуку. 
За допомогою розрахунково-експериментальних методів були виведені 
26 
 
аналітичні залежності коефіцієнта поверхневого натягу (σ) моторної оливи від його 
температури [18]. Формули для визначення залежності σ від Т моторних олив 
наведено в табл. 2.2. 
Таблиця 2.2 – Залежність σ від Т моторних олив 
Назва, клас в’язкості та марка оливи Формула для визначення σ, мН/м 
 «ZIC Х7 Diesel» 10W-40 σ= 42,8-0,205Т 
«SHELL Helix НХ7 Diesel» 10W-40 σ= 41,9-0,21ST 
«VAG Special E» 10W-40 σ= 40,6-0,251Т 
 
Результати проведених експериментів, а також виведені формули дозволяють 
визначати інтервал температури в зоні контакту для найбільш сприятливого прояву 
об'ємно-поверхневих властивостей плівкових утворень для запобігання можливого 
порушення їх суцільності. Так, для розглянутих моторних олив Троб≈18-44 °С. 
 
Висновки до другого розділу 
 
1. Описана фізика процесів, що відбуваються в кавітаційній області під впливом 
акустичних хвиль. Розкриті поняття: кавітаційної міцності рідини, граничного тиску, 
індексу кавітації, коефіцієнта використання акустичної енергії. Пояснено уявлення 
кавітаційної області як своєрідного трансформатора потужності. 
2. Розкритий фізичний зміст впливу акустичної кавітації на оливу на основні 
трибологічні характеристики змащування і показників зношування пар тертя. 
Висунуто припущення, що зміна показника фактору зношування для синтетичної 
оливи буде повторювати залежність коефіцієнта поверхневого натягу від частоти 
ультразвуку. Виведені аналітичні залежності поверхневого натягу олив від їх 
температури. Для моторних олив визначені інтервали температури в зоні контакту 
для найбільш сприятливого прояву об'ємно-поверхневих властивостей плівкових 
утворень. 
3. Теоретично обґрунтована ефективність застосування при трибологічних 
дослідах порівняльної оцінки зношування пар тертя за показником фактору 
зношення. 
27 
 
3 МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
3.1 Загальна структура досліджень 
 
Загальна структура досліджень включає наступні етапи: 
− обґрунтування вибору коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив 
критерієм оцінки змін трибологічних властивостей олив при обробці їх 
ультразвуком; 
− вибір ефективних методів і розробка лабораторних установок для визначення 
коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив; 
− визначення залежності коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив від 
їх температури; 
− лабораторні дослідження залежності коефіцієнта поверхневого натягу та 
температури моторних олив, оброблених ультразвуком, від параметрів ультразвуку 
(частота, потужність), а також від часу обробки. Для ультразвукової обробки олив 
розробити експериментальне обладнання для генерації ультразвуку з регулюванням 
частоти та потужності, а для обробки олив ультразвуком більш високої частоти та 
потужності буде використана ванна ультразвукового очищення; 
− лабораторні дослідження часу "зберігання" ефекту зниженого коефіцієнта 
поверхневого натягу моторних олив, оброблених ультразвуком; 
− дослідження показників ефективності кавітаційного способу внесення 
дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи; 
− контрольні триботехнічні досліди на машині тертя СМТ-1М для оцінки 
залежності показників зношування пар тертя, що змащуються моторними 
оливами, обробленими ультразвуком від параметрів ультразвуку (частота, 
потужність). 
Досліджуються мінеральні, напівсинтетичні й синтетичні оливи для дизельних 
моторів. Оцінюється: залежність зміни фізико-хімічних та триботехнічних 
властивостей моторних олив, оброблених ультразвуком, і зносостійкості пар тертя 
циліндропоршневих груп двигунів від параметрів ультразвуку, час обробки та 
конструктивне розташування випромінювача ультразвуку відносно олив. 
28 
 
3.2 Методика вибору коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив 
критерієм оцінки зміни їх трибологічних властивостей 
 
Лабораторні методи оцінки впливу властивостей змащування на зношування 
пар тертя при активації олив розділяють на прямі та непрямі. 
При дослідах непрямими методами можуть оцінюватися такі фізико-хімічні 
параметри оливи як: в'язкість, крайовий кут змочування, поверхневий натяг, 
колоїдна стабільність та ін. [4]. Важливу роль при проведенні непрямих дослідів 
відіграє вибір конкретного фізико-механічного параметра для оцінки трибологічних 
властивостей моторних олив. 
Для вибору оптимального параметра (критерію оцінки) необхідно розглянути 
питання режимів змащування агрегатів двигунів.  
Розрізняють граничний, змішаний і гідродинамічний режими змащення. 
Виділяють також сухе тертя, або тертя незмазаних поверхонь [18]. 
Ймовірність реалізації режимів гідродинамічного, змішаного та граничного 
змащування можна оцінити за значенням відносної товщини мастильного шару (λ) 
[17]: 
 
λ h
= min ,       (3.1) 
Ra2
1 + Ra2
2
 
де hmin – товщина мастильного шару в зоні мінімального зазору, мкм; Ra1 і Ra2 - 
величини шорсткості поверхонь деталей тертя, мкм. 
Чим більша величина λ, тим вища ймовірність реалізації рідинного змащування 
та менша ймовірність безпосереднього контакту вершин нерівностей контактуючих 
тіл. При λ>3 має місце рідинний режим змащення, при λ<1 - режим граничного 
змащення, а при 1<λ<3 - режим змішаного змащення. 
При граничному змащенні поверхні сполучення контактують між собою. 
Товщина шару змащування (h) значно менша величини шорсткості поверхонь (Rа). 
Визначальною властивістю мастильних матеріалів при реалізації граничного 
29 
 
змащування є поверхнева та хімічна активність. Зношування поверхонь обумовлено 
фізико-хімічними взаємодіями, що відбуваються на плямах фактичного контакту 
поверхонь і нівелюється граничним шаром змащування [15]. 
При змішаному (напіврідинному) режимі змащування ділянки поверхонь 
перебувають у режимі гідродинамічного та граничного змащення. Відстань між 
поверхнями (h) порівняно з величиною їх шорсткості (Rа). У цьому режимі 
змащування одні ділянки контакту поверхонь сполучених тіл розділені 
гідродинамічним (рідинним) шаром, а інші ділянки поверхні - граничним шаром. 
При цьому режимі змащування велике значення мають як об'ємна характеристика 
мастильного матеріалу - в'язкість, так і здатність мастильного матеріалу створювати 
на поверхнях тертя міцні граничні шари. 
Чим вища частка контакту поверхонь, розділених гідродинамічним шаром, тим 
менший коефіцієнт тертя при змішаному змащенні та зношенні тіл тертя. 
При гідродинамічному режимі змащування поверхні сполучення повністю 
розділені шаром мастильного матеріалу. Зношування поверхонь відсутнє. 
Режим змащування визначає характер руйнування тіл тертя. При рідинному 
змащенні характер руйнування - фрикційна втома при пружних деформаціях, при 
змішаному змащенні - пластичне деформування та малоциклова втома, при 
граничному змащенні - малоциклова втома, абразивне, адгезійне та/або корозійно-
механічне зношення, при терті без змащування - абразивне зношування та/або 
схоплювання із глибинним вириванням. 
Робота агрегатів ДВЗ і, зокрема, пар тертя циліндропоршневої групи ДВЗ 
здійснюється в режимі змішаного та граничного тертя. 
Високі температури, вібрація та інші фактори приводять до того, що 
переважним режимом стає режим граничного тертя. У цьому режимі і відбувається 
основне зношування поверхонь тертя, причому зношування деталей залежить від 
поверхневої активності моторної оливи. 
При опроміненні оливи ультразвуком відбувається підвищення температури 
оливи [26]. Виведена велика кількість залежностей в'язкості від температури [26]. 
Але жодна з існуючих залежностей не може бути використана для розробки точних 
коригувальних виправлень у процесі вимірювання результату. Разом з тим, 
30 
 
емпірично доведено, що коефіцієнт поверхневого натягу рідин має просту 
залежність від температури, близьку до лінійної [24, 25]. 
Крім того, встановлено [15, 17, 22], що поверхневий натяг рідини є частиною 
поняття внутрішньої енергії, яку можна змінювати під впливом ультразвуку від 
зовнішнього джерела. При цьому коефіцієнт поверхневого натягу нескладно оцінити 
безпосередньо в процесі проведення експериментальних досліджень. 
Враховуючи все вищевикладене, критерієм для оцінки трибологічних 
властивостей оливи та зношування пар тертя обрано коефіцієнт поверхневого натягу 
олив. 
 
3.3 Методика визначення коефіцієнта поверхневого натягу моторних олив 
 
Методи визначення поверхневого натягу поверхонь розділу фаз «рідина – газ» 
діляться на три групи: статичні, напівстатичні та динамічні. 
Статичними методами визначається поверхневий натяг практично нерухомих 
поверхонь, утворених задовго до початку вимірювань, і тому перебувають у 
рівновазі з об’ємом рідини. 
Динамічні методи основані на тому, що деякі види механічних впливів на 
рідину супроводжуються періодичним розтягуванням та стисканням її поверхні, на 
які впливає поверхневий натяг. Цими методами визначається нерівноважне значення 
поверхневого натягу. 
Напівстатичними називають методи визначення поверхневого натягу межі 
розділу фаз, що виникають і періодично оновлюються в процесі вимірювання. Ці 
методи дозволяють визначити рівноважне значення поверхневого натягу, якщо 
виміри проводяться в таких умовах, що час, протягом якого відбувається 
формування поверхні розділу, значно більший час встановлення рівноваги в системі 
[15]. Основними статичними методами визначення поверхневого натягу є: методи, 
засновані на вимірюванні розмірів краплі (пухирця); метод капілярного підняття. 
Основною перевагою методів, заснованих на вимірюванні розмірів пухирців 
або крапель, є незалежність поверхневого натягу від крайових кутів змочування. 
31 
 
До недоліків зазначених методів можна віднести тривалість одиничного 
вимірювання поверхневого натягу і значну складність обладнання для реалізації 
вимірів. Метод вимірювання капілярного підняття заснований на визначенні різниці 
рівнів рідини в капілярі радіуса r та в широкій посудині. 
До недоліків методу капілярного підняття рідини слід віднести залежність 
вимірюваного поверхневого натягу від крайового кута змочування, а також високу 
похибку вимірювання динамічного поверхневого натягу. 
Динамічні методи визначення поверхневого натягу застосовуються в 
основному для вивчення та моделювання стану поверхневих шарів у 
нерівноважному стані. До динамічних методів відносяться методи капілярних хвиль 
і коливального струменю. 
У лабораторній практиці найбільш часто використовуються напівстатичні 
методи визначення поверхневого натягу, засновані на фіксації умов, при яких 
система втрачає свою рівновагу. Дані методи, на відміну від динамічних, 
дозволяють одержувати значення поверхневого натягу, досить близькі до 
рівноважних. Перевагою напівстатичних методів, у порівнянні з статичними, є 
невелика тривалість кожного вимірювання і простота застосовуваного обладнання. 
 До напівстатичних методів визначення поверхневого натягу відносяться: 
- метод рахунку крапель; 
- метод максимального тиску пухирців повітря [32]; 
- методи вимірювання зусилля відриву предмета від поверхні розділу фаз 
(відриву циліндра - метод Падді, відриву кільця - метод Дю-Нуі).  
Порівняльний аналіз напівстатичних методів визначення коефіцієнта 
поверхневого натягу показав, що для практичного визначення коефіцієнта 
поверхневого натягу моторних олив оптимальні два методи: 
- метод відриву кільця (метод Дю-Нуі); 
- метод рахунку крапель. 
Ефективність даних методів обумовлена тим, що вони прості в апаратурній 
реалізації і досить точні. 
Було запропоновано проводити визначення поверхневого натягу моторних олив 
32 
 
одночасно двома методами. Це призводить до мінімуму похибки вимірювань. 
Запропонована методика вимірювання одночасно двома методами представляє 
досить точний механізм визначення оптимального, з погляду трибологічних 
характеристик, режиму ультразвукової обробки моторної оливи. 
Метод відриву кільця заснований на визначенні коефіцієнта поверхневого 
натягу за допомогою вимірювання сили, яку потрібно прикласти перпендикулярно 
до поверхні рідини для відриву різних твердих тіл від цієї поверхні. Коефіцієнт 
поверхневого натягу визначають як відношення сили F, виміряної при відриві 
тонкого металевого кільця від поверхні рідини, до довжини плівки L. 
Сумарна сила рівна: 
 
F =σL1 +σL2 =σπD +σπd ,      (3.2) 
 
де σ – коефіцієнт поверхневого натягу, Н/м; L1 і L2 – довжина зовнішньої та 
внутрішньої поверхонь кільця, м; D і d – зовнішній і внутрішній діаметри кільця, м. 
Коефіцієнт поверхневого натягу σ рівний [11]: 
 
    σ F
= ( ).       (3.3) 
π D + d
 
Відома методика визначення σ методом відриву кільця за допомогою 
обладнання із пружиною або пружинного динамометра. Методика вимагає 
трудомісткої процедури калібрування пружини або придбання дорогого 
динамометра. Тому, для практичного визначення σ будемо використовувати просту і 
оригінальну установку. 
Термометром визначається температура в приміщенні. Штангенциркулем 
вимірюється діаметр кільця (D). У праву чашу вагів насипається пісок, щоб 
зрівноважити чашу із прикріпленим кільцем. На електронних вагах зважується 
права чаша. Записується її маса М1. Чаша з оливою за допомогою підставки 
піднімається до зіткнення поверхні оливи з кільцем. У праву чашу вагів повільно 
33 
 
насипається пісок до моменту відриву кільця від рідини. Знову зважується права 
чаша. Записується її вага М. 
 
 
1 – штатив з основою; 2 – ваги ВР-100, важільний механізм; 3 – чаші вагів;  
4 – кільце, прикріплене до чаші нитками в трьох точках; 5 – чаша з оливою; 
6 – підставка під чашу, що плавно змінює висоту 
Рисунок 3.1 – Установка для визначення σ методом відриву кільця 
 
Сила відриву визначається за формулою [11]: 
 
 
F = mg = (M − M1 )g,      (3.4) 
 
де F - сила, Н; m - маса, кг; g - прискорення вільного падіння, м/с2. 
Коефіцієнт поверхневого натягу σ визначається за формулою: 
 
σ (М − М )g
= 1 ,       (3.5) 
2πD
 
Експеримент повторюється три рази [12, 18]. 
Силу поверхневого натягу при відриві краплі можна визначити, знаючи радіус 
перетяжки краплі: 
34 
 
 
f = 2πrσ ,        (3.6) 
 
де r - радіус перетяжки, м; 2πr - довжина окружності перетяжки; σ - коефіцієнт 
поверхневого натягу рідини, Н/м. 
У момент відриву краплі: f = mg,  
Отже, 
σ = mg
2πr .      (3.7) 
 
При відомій вазі краплі (m) і r, можна визначити σ. 
Проводять порівняння поверхневого натягу досліджуваної рідини та еталонної. 
У якості еталонної рідини використовують воду [17]. 
Для води: m0 g = 2π ⋅ r0 ⋅σ 0 . Для досліджуваної рідини: mg = 2π ⋅ r ⋅σ  
Вважаючи r=r0 (приблизно рівним радіусу капіляра бюретки) і, поділивши 
другу рівність на першу, отримаємо: σ /σ0= m/m0 [11]: 
Звідси: 
 
σ =σ 0 (т т0 ),       (3.8) 
 
Для практичного визначення σ використовується установка, схема якої 
наведена на рис. 3.2. 
Для проведення вимірювань використовується: кімнатний термометр, 
електронні ваги DL-120WP фірми A&D-Японія (дискретність – 0,001 г.). 
Кімнатним термометром вимірюється температура в приміщенні. Зважується на 
електронних вагах порожня мірна склянка. Швидкість протікання рідини 
регулюється краном (таким чином, щоб за хвилину витікало 15-20 крапель). З 
бюретки в склянку відраховується 50 крапель еталонної рідини (води). Склянка 
зважується. 
35 
 
 
1 – штатив із тримачем; 2 – основа; 3 – бюретка з краном (dкапіляру=1,1 мм); 
4 – мірна склянка 
Рисунок 3.2 – Установка для визначення σ методом відриву крапель 
 
Різниця ваги порожньої та наповненої склянки складає вагу 50 крапель води. 
Знайдена і записана вага однієї краплі води. Дослід повторюється три рази. 
Визначена середня вага краплі води (m0). Зважується на електронних вагах порожня 
мірна склянка. З бюретки в склянку відраховується 50 крапель досліджуваної рідини 
(моторної оливи). Склянка зважується. Різниця ваги порожньої та наповненої 
склянки складає вагу 50 крапель моторної оливи. Дослід повторюється три рази. 
Визначена середня вага краплі моторної оливи (m). Знаючи σ води, за формулою 
(3.8) визначали значення σ оливи. 
 
3.4 Методика визначення залежності коефіцієнта поверхневого натягу 
моторних олив від температури 
 
Обробка оливи ультразвуком приводить не тільки до зміни його фізико-
механічних параметрів, але і до його нагрівання. Разом з тим, підвищення 
температури оливи приводить до зниження коефіцієнта поверхневого натягу [44]. 
Щоб провести чітку межу між зниженням коефіцієнта поверхневого натягу (σ) 
безпосередньо за рахунок кавітації та зниженням σ за рахунок нагрівання, необхідно 
36 
 
експериментально визначити залежність σ оливи від його температури (Т, 0С). 
 Для даного дослідження використовується: місткість із оливою, місткість із 
водою, нагрівач, спиртовий термометр. Відбувається нагрівання моторної оливи з 
використанням водяної бані (місткість із оливою розташовується всередині 
місткості з гарячою водою без зіткнення стінок і днищ місткостей) до Т=50 °С. 
Температура оливи вимірюється спиртовим термометром. Виконуються 
вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу σ при кожному зменшенні Т оливи на 
5 °С до досягнення температури Т=20 °С. 
 
3.5 Методика визначення впливу параметрів ультразвуку та часу обробки 
на зміну температури і коефіцієнта поверхневого натягу оливи 
 
Для обробки моторної оливи ультразвуком різної частоти (F) і потужності (Р) 
розроблено та виготовлено експериментальне обладнання для генерації ультразвуку 
(рис. 3.3). Обладнання складається із блоку керування та випромінювача 
ультразвуку. Зовнішній вигляд випромінювача та блоку керування зображено на 
рис. 3.4-3.5. 
Блок керування складається з наступних вузлів: генератор прямокутних 
імпульсів, проміжний підсилювач, вихідний підсилювач. 
Блок керування плавно генерує регульовані по частоті сигнали в діапазонах 
4÷17 кГц, 50÷200 Гц. 
 
 
Рисунок 3.3 – Експериментальне обладнання для генерації ультразвуку 
37 
 
   
Рисунок 3.4 – Випромінювач Рисунок 3.5 – Блок керування 
 
Амплітуда вихідного сигналу плавно регулюється в діапазоні 0÷20 В. 
Потужність сигналу визначається за формулою: 
 
2
Р (0,5U
= a ) ,       (3.9) 
RH
 
де Р - потужність, Вт; Ua - амплітуда вихідного сигналу, В; RH - опір 
навантаження (випромінювача), Ом. 
Максимальна потужність ультразвукового сигналу Рmax=25 Вт при Uamax=20 В та 
RH=4 Ом. Частота та амплітуда (потужність) сигналів контролюється осцилографом 
С1-94 (рис. 3.3). Випромінювач (високочастотний динамік Т251.4) розташований 
безпосередньо в оброблюваній оливі. Вид чаші для оливи із вбудованим динаміком 
наведено на рис 3.4. Для обробки оливи ультразвуком з параметрами (Р=30/50 Вт; 
F=43 кГц) використовується ванна ультразвукового очищення YaХun 3560. 
Загальний вигляд ванни зображено на рис. 3.6. 
 
 
Рисунок 3.6 – Ванна YaХun 3560 
38 
 
Для вимірювання температури оливи використовується спиртовий термометр. 
При дослідженні залежності температури оливи від часу обробки його 
ультразвуком зі змінними F і Р була встановлена амплітуда сигналу 20 В (Р=25 Вт) 
і частота F=17 кГц. Контроль амплітуди та частоти сигналу проводиться 
осцилографом С1-94. Мінімально можлива кількість моторної оливи наливається в 
чашу із вбудованим випромінювачем (приблизно 15 мм над випромінювачем). 
Олива оброблюється протягом часу t. Температура оливи Т вимірюється над 
випромінювачем. Експеримент проводиться при t=60; 90; 120; 180; 240 с. 
Категорично не допускається повторна обробка тієї ж порції оливи. 
При дослідженні залежності σ і Т оливи від часу обробки ультразвуком із 
частотою 43 кГц у ванні ультразвукового очищення Yaxun 3560, була встановлена 
потужність випромінювача – 50 Вт. У ванну наливається мінімально можлива 
кількість оливи (приблизно на висоту 15 мм). Олива оброблється протягом часу t. 
Під час і після обробки олива не перемішується. Визначається температура оливи Т 
в зоні над випромінювачем. Кільце розташовується безпосередньо над 
випромінювачем ванни, а забір оливи для бюретки проводився шприцом 
безпосередньо над випромінювачем. Проводилося по три вимірювання для кожного 
методу. Олива з ванни та бюретки зливається. Експеримент був проведений для t=10, 
20, 30, 40, 50, 60 с, а також 2, 3, 4, 5 хв. Не допускалася повторна обробка тієї ж 
порції оливи. Результати заносилися в таблицю. Будується графік залежності σ від t 
обробки (при різних Р). 
Для визначення залежності σ олив від частоти та потужності ультразвуку 
використовується експериментальна установка (рис 3.3) та ванна ультразвукового 
очищення (рис. 3.6). 
Температура в приміщенні при проведенні експерименту 21 °С. В 
експериментальній установці була встановлена амплітуда сигналу 20 В (Р=25 Вт). 
В чашу із вбудованим випромінювачем наливали моторну оливу (приблизно 15 мм 
над випромінювачем). Олива оброблюється протягом t=90 с. Протягом цього часу 
відбувається досить ефективна кавітація, однак олива не встигає нагрітися. 
Визначається коефіцієнт поверхневого натягу оливи послідовно двома методами. 
39 
 
Виконували три виміри для кожного методу. Олива з чаші та бюретки зливається. 
Експеримент виконаний для частот ультразвуку 10 кГц, 12 кГц, 15 кГц та 17 кГц. 
Не допускається повторна обробка тієї ж порції оливи. Була встановлена амплітуда 
сигналу 12,7 В (Р=10 Вт) і експеримент був повторений для частот ультразвуку 
рівних 10 кГц; 12 кГц; 15 кГц та 17 кГц. 
У ванні ультразвукового очищення була встановлена потужність сигналу 30 Вт. 
Моторну оливу наливали у ванну (приблизно 15 мм. над випромінювачем). Олива 
оброблюється протягом 90 с. Потім визначався коефіцієнт поверхневого натягу 
оливи. Оливу з ванни та бюретки зливали. Експеримент був повторений при 
потужності ванни 50 Вт. 
У всіх наведених експериментах використовуються мастильні матеріали: 
− олива моторна «ZIC X7 Diesel» 10W-40 синтетична;  
− олива моторна «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 напівсинтетична;  
− олива моторна «VAG Special E» 10W-40 мінеральна. 
Для експерименту з визначення часу збереження в моторній оливі ефекту 
зниження коефіцієнта поверхневого натягу σ, отриманого внаслідок ультразвукової 
кавітації, застосовуються ті ж матеріали та обладнання, що й для експерименту з 
визначення залежності σ і Т від часу t (с) обробки оливи ультразвуком. Додатково 
застосовується електронний годинник і 30 пластикових контейнерів із кришками 
для зберігання порцій обробленої оливи. 
Для досліджень використовуються мастильні матеріали: олива моторна «ZIC X7 
Diesel» 10W-40 синтетична; олива моторна «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 
напівсинтетична. 
Експеримент проводиться у два етапи: етап приблизного визначення часу 
збереження ефекту; етап уточнення залежності зміни коефіцієнта поверхневого 
натягу оливи від часу закінчення обробки оливи ультразвуком. 
На першому етапі експерименту: 
- двома методами визначається коефіцієнт поверхневого натягу σ моторної 
оливи до ультразвукової обробки і визначається середнє значення σ; 
- у ванні ультразвукового очищення при потужності 50 Вт протягом 120 с 
40 
 
проводиться обробка декількох контрольних порцій оливи, причому кожна порція 
обробленої оливи за допомогою шприца переміщується у свій контейнер з мітками 
0, 1, 2, 3, 4, 5 і т.д., після чого олива, що залишилася у ванні, зливається, а ванна 
очищується; 
- в обробленої оливи двома методами визначається коефіцієнт поверхневого 
натягу σ (у контейнера з міткою «0» відразу після обробки, у контейнера з міткою 
«1» через добу, для контейнера з міткою «2» через дві доби і т.д.); 
- при досягненні σоб значення σвих перший етап закінчується. 
За результатами першого етапу визначається відрізок часу (за добу), за який 
відбулася зміна σоб від σо60 до σвих. 
На другому етапі: 
- аналогічно першому етапу підготовлені контрольні порції обробленої оливи, 
кожна з яких знаходиться в контейнері з мітками Х+4, Х+8, Х+12, Х+16, Х+20, 
Х+24, Х+28, Х+32, Х+36 і т.д.; 
- після закінчення часу Х доби +4 години визначається коефіцієнт 
поверхневого натягу σ для оливи з контейнера з міткою Х+4 (Х – час початку, 
визначений за результатами першого етапу), визначається σвих+4; 
- після закінчення часу Х доби +8 годин визначається σ для оливи з 
контейнера з міткою Х+8 і так далі - кожні 4 години, визначається σвих+8, σвих+12, 
σвих+16 і т.д.; 
- при досягненні σоб значення σвих, через 4 години проводиться останнє 
вимірювання і другий етап закінчується. 
 
3.6 Методика експериментальної оцінки ефективності кавітаційного 
способу внесення дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи 
 
Дослідження виконуються для оцінки ефективності способу внесення 
дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи [12, 18]. Для досліджень використовують 
моторну оливу «ZIC X7 Diesel» 10W-40 синтетичну. Для обробки олив 
використовується ванна ультразвукового очищення «YaХun 3560» (China) із 
41 
 
частотою ультразвукових коливань 43 кГц і змінним діапазоном потужності 
генератора коливань (30, 50 Вт). В якості об'єкта, що піддається кавітаційному 
зношуванню, обрана алюмінієва фольга товщиною 9 мкм. Використовуються також 
електронні ваги DL-120WP фірми A&D. 
Були проведені дослідження залежності кавітаційної втрати об’єму металу та 
концентрації металу в оливі від часу обробки ультразвуком. Дослідження 
проводяться експериментально-розрахунковим методом. 
На першому етапі експериментально визначається залежність кавітаційної 
втрати маси металу від часу обробки для інтервалів часу Т=1, 2, 3,…10 хв. 
Послідовність дій першого етапу: 1) по шаблону було вирізано 10 прямокутних 
аркушів фольги розміром 110х80 мм; 2) ванна заповнюється оливою з висотою шару 
5 мм; 3) підготовлений аркуш фольги тричі зважується на електронних вагах і 
розміщується в оливі безпосередньо над випромінювачем; 4) установлюється режим 
потужності випромінювача ванни 50 Вт; 5) випромінювач ванни включається на 1 хв; 
6) аркуш виймається з ванни, промивається від оливи та тричі зважується на 
електронних вагах; 7) пункти 2–6 повторюються для часу роботи ванни 2, 3, 4, 5, 6, 
7, 8, 9, 10 хв.; 
На другому етапі при УЗ обробці від 1 до 10 хв. кавітаційні втрати об’єму 
визначаються за формулою: 
 
∆v ∆
= m ,        (3.10) 
ρ
 
де ∆v - кавітаційна втрата об’єму металу; ∆m - кавітаційна втрата ваги металу;  
ρ - густина металу (алюмінію). 
На третьому етапі при УЗ обробці від 1 до 10 хв. визначається кількість часток 
металу (N) і концентрація металу (n) у суспензії. Кількість часток визначається за 
формулою: 
 
N ∆
= v ,        (3.11) 
Vч
42 
 
де ∆v - кавітаційна втрата об’єму металу, мкм3; Vч - середній об’єм частки 
металу, мкм3. 
Об’єм частки визначається за формулою: 
 
Vч = 4 3π ⋅ (h 2 ⋅ ke ⋅ k
3
δ ) ,     (3.12) 
 
де Vч  - об’єм частки, мкм3; h - товщина аркуша фольги, мкм; kе – коефіцієнт 
часткової ерозії, оберненопропорційний числу «мікровибухів», необхідних для 
ерозії фольги, у порівнянні з її товщиною; kδ – коефіцієнт кавітаційного 
диспергування, оберненопропорційний середньому числу подрібнення частки, 
вже відірваної від поверхні металу. У розглянутому випадку kе=0,1; kδ=0,3. 
Концентрація металу (м-3) у суспензії розраховується за формулою: 
 
n N
= (V + ∆ )       (3.13) 
M v
 
де N – кількість часток у масляній суспензії; V – об’єм оливи, м3
м . 
 
3.7 Методика експерименту з визначення залежності кінематичної 
в'язкості моторних олив від частоти ультразвуку при їх ультразвуковій обробці 
 
Для обробки моторних олив ультразвуком змінної частоти використовується 
експериментальне обладнання (рис. 3.3). Для визначення кінематичної в'язкості 
моторних олив використовується віскозиметр скляний капілярний ВПЖ-2 з 
діаметром капіляра - 1,3 мм. Віскозиметр зображено на рис 3.7. 
Для підтримки стабільної заданої температури досліджуваної оливи 
використовується рідинний термостат (рідина - дистильована вода). 
 Для проведення експерименту використовується гумова трубка із грушею, 
електронний секундомір (із ціною поділки - 0,1 с) і термометр (із ціною поділки - 
0,1). Для промивання віскозиметра після вимірів використовують: бензин, 
43 
 
дистильовану воду та ацетон. Для сушіння використовується фен. 
 
1 - вузька трубка; 2 – широка трубка; 
3 - відвідна трубка; 4 - розширення; 
М1, М2 - мірні мітки 
Рисунок 3.7 - Віскозиметр ВПЖ-2 
 
 
Визначення кінематичної в'язкості моторних олив виконується згідно ДСТУ 33-
2016 «Нафта та нафтопродукти. Прозорі і непрозорі рідини. Визначення 
кінематичної та динамічної в'язкості». Для досліджень використовують наступні 
матеріали: моторна олива «ZIC X7 Diesel» 10W-40 синтетична; моторна олива «VAG 
Special E» 10W-40 мінеральна. 
 Для визначення в'язкості (v) на відвідну трубку 3 віскозиметра надівається 
гумова трубка. Далі, затиснувши пальцем кінець трубки 2 і перевернувши 
віскозиметр, опускали кінець трубки 1 у контейнер з оливою і засмоктують її за 
допомогою груші до мітки М2, спостерігаючи за тим, щоб у рідині не утворюються 
пухирці повітря. У момент, коли рівень оливи досягає мітки М2, віскозиметр 
виймають із контейнера й швидко перевертають у нормальне положення, знімають 
із зовнішньої сторони кінця трубки 1 надлишок рідини та надягають на нього 
гумову трубку із грушею; віскозиметр на штативі із тримачем встановлюють в 
термостат вертикально, так, щоб розширення 4 було нижче рівня рідини в 
термостаті, витримують віскозиметр у термостаті не менше 15 хвилин, до 
температури 23 °С термостат не включають; засмоктують грушею рідину в трубку 
1 приблизно до 1/3 висоти розширення 4, трубку 1 обережно від'єднують від гумової 
трубки із грушею; за допомогою секундоміра визначається час переміщення меніска 
рідини від мітки М1 до мітки М2. 
44 
 
Визначення v оливи одного типу та заданої температури повторюють ще двічі. 
Після експериментів з одним зразком оливи, з віскозиметру зливають оливу, 
промивають бензином, водою та ацетоном, а потім сушили струменем повітря. 
Визначення v виконують для олив: без УЗ обробки; з УЗ обробкою (F=12 кГц, 
Р=25 Вт) і (F=17 кГц, Р=25 Вт). 
УЗ обробка олив проводиться протягом 120 с. Порції оливи для вимірювання v 
забираються у віскозиметр прямо з місткості з випромінювачем. 
Кінематична в'язкість моторної оливи визначалася за формулою: 
 
Vсер=(g/9,807)· tсер· K,     (3.14) 
 
де Vсер – в'язкість, мм2/с; tсер– час стікання рідини, с (середньоарифметичне із 
трьох вимірів); К – постійна віскозиметра (для ВПЖ-2 з капіляром 1,31 мм 
К=0,3 мм2/с2); g – прискорення вільного падіння (g=9,81 м/c2). 
 
3.8 Методика проведення триботехнічних дослідів на машині тертя при 
обробці моторної оливи ультразвуком 
 
Триботехнічні дослідження проводяться на установці СМТ-1М (рис. 3.8). 
Технічні характеристики СМТ-1М: частота обертання валу 75…1500 об/хв. 
(похибка вимірювання – 3 %); межі вимірювання моменту тертя пари від 1 до 20 
Н∙м (похибка вимірювання – 1 %); межі вимірювання зусилля від 0,2 до 5 кН, 
похибка – 1 %; межі вимірювання температури поблизу зони контакту зразків від 
20 до 155 °С, похибка вимірювання Т - 1,5 %. 
Прилад системи вимірювань дозволяє аналізувати інформацію з різних об'єктів 
панелі: цифрові поля (поточні значення зусилля, моменту тертя, температури та 
частоти обертання); графіки зміни зусилля, моменту тертя, температури та частоти 
обертання за часом; графіки залежності зусилля, моменту тертя, температури та 
частоти обертання від кількості циклів. 
45 
 
   
1 – станина; 2 – дослідна камера; 3 – механізм навантаження; 4 – комп'ютер; 
5 – комутатор NI SCB-68; 6 – датчик зусилля; 7 – датчик моменту тертя; 8 – датчик 
частоти обертання валу; 9 – датчик розташування кожуха 
Рисунок 3.8 – Загальний вигляд установки СМТ-1  
 
Вимірювання частоти обертання та сумарного числа обертів рухомого зразка 
реалізуються шляхом програмної обробки імпульсного сигналу, що надходить від 
фотопереривника. 
Всі прилади були проградуйовані, реєстрація показників проводилася за 
допомогою прикладного програмного забезпечення «LabView» компанії «National 
Instruments». Похибка вимірювання сили тертя, температури, швидкості ковзання та 
навантаження відповідає вимогам ДСТУ 23.224-86. Триботехнічні досліди 
проводяться відповідно вимог ДСТУ 23.224-86. 
Сутність експрес-дослідів – визначення співвідношення інтенсивності 
зношування досліджуваних поверхонь, випробуваних при заздалегідь визначених 
умовах (оптимальному навантаженні). 
Досліди проводяться в три етапи: попереднє притирання пар тертя 
проводиться при частоті обертання «ролика» n=300 об/хв, навантаженні на 
«колодку» Р=0,1 МПа. (протягом 40 хв.); приробітні досліди; досліди для 
визначення зношення зразків. 
Матеріал зразків пар тертя (ролик-колодка): ролик – сталь інструментальна 
легована штампова Х12Ф1 ДСТУ 5950-2000; колодка - чавун сірий СЧ-21 ГОСТ 
1412-85. Зразки були попередньо оброблені для того, щоб поверхня їх взаємного 
прилягання при установці на машині тертя становила не менше 95 % номінальної 
46 
 
розрахункової поверхні контакту. 
В якості мастильного матеріалу при дослідах використовується моторна олива 
«ZIC X7 Diesel» 10W-40 синтетична. Встановлений режим разової подачі 
змащування в картер дослідної камери для забезпечення граничного змащення. 
У процесі триботехнічних дослідів оливу оброблюють ультразвуком із 
частотою 8, 12 і 17 кГц та потужністю 25 Вт. 
Вид виготовлених зразків наведено на рис. 3.9. 
 
 а)  б) 
Рисунок 3.9 – Ролики з колодками (а) та колодки (б) 
 
Загальний вигляд дослідної камери (у відкритому стані), блоку керування 
ультразвуковими коливаннями та випромінювача ультразвука наведено на 
рис. 3.10. Високочастотний випромінювач типу Т251.4 розташований 
безпосередньо в оливі в дослідній камері машини тертя (рис. 3.11). 
При постійній швидкості обертання «ролика» поступово збільшується 
навантаження на «колодку» і визначається максимальне навантаження Рмп, при 
якому починалося схоплювання зразків. Після цього виконується розвантаження 
пар тертя і визначається оптимальне навантаження Роп, при якому коефіцієнт 
тертя мінімальний fmin. 
Дослідження пар тертя проводилися: з оливою не обробленою ультразвуком; 
з оливою обробленою ультразвуком F=8 кГц та Р=25 Вт; з оливою обробленою 
ультразвуком F=12 кГц і Р=25 Вт; з оливою, обробленою ультразвуком F=17 кГц 
47 
 
та Р=25 Вт. 
 
  
Рисунок 3.10 – Загальний вигляд Рисунок 3.11 – Високочастотний 
дослідної камери типу Т251 випромінювач 
 
Тривалі дослідження пар тертя, проводяться при заданій частоті обертання 
«ролика» (n=380 об/хв) та оптимальному навантаженню Роп, отриманому за 
результатами досліджень. Тривалість досліджень – 8 годин. 
Після тривалих досліджень рухомі та нерухомі зразки промивають в 
ультразвуковій ванні, і, після сушіння, зважують на вагах фірми «Sartorius» 
(Німеччина) з точністю вимірювання 0,00001 г п’ять разів. 
До початку і після закінчення досліджень із робочих поверхонь зразків 
знімають профілограми зношування за допомогою профілографа-профілометра 
фірми «ТейлорХобсон» (Англія) (рис. 3.12). 
 
 
Рисунок 3.12 – Профілограф-профілометр фірми «ТейлорХобсон (Англія) 
48 
 
Профілограми зношування використовуються для визначення змін параметрів 
шорсткості в процесі випробувань. Інтенсивність зношування рухомих і нерухомих 
зразків пар тертя визначається за формулою: 
 
I W
= ,       (3.15) 
N ⋅ l
 
де W – лінійне зношування зразка, м; l – лінійний розмір поверхні тертя 
сполученого зразка в напрямку ковзання, м; N − число циклів, за кожний цикл 
поверхні тертя проходять шлях l. 
Лінійне зношування зразка W визначається за формулою: 
 
W ∆G
= ,        (3.16) 
γ ⋅Fc
 
де ΔG – зміна ваги зразка при випробуванні, кг; γ – густина матеріалу, кг/м3; 
Fc – контурна площа контакту зразків, м2. 
Інтенсивність зношування пари визначається як сума інтенсивностей 
зношування елементів пари (ролика і колодки). 
Порівняльна оцінка інтенсивності зношування виконується по показнику 
фактора зношення: 
 
Ф І
= Σ ,        (3.17) 
Роп
 
де IΣ – сума зношування елементів пари; Роп – оптимальне навантаження, 
МПа. 
Тривалі досліди пар тертя проводяться: 
- з оливою, не обробленою ультразвуком; 
- з оливою, обробленою ультразвуком F=17 кГц і Р=25 Вт. 
 
49 
 
3.9 Стенд для дослідження зношування циліндропоршневої групи ДВЗ 
 
Для оцінки тенденцій зміни характеристик основних агрегатів ДВЗ, поряд із 
промисловою експлуатацією при постійному контролі ключових параметрів [6, 
12], при проведенні заходів щодо активації мастильних моторних олив 
застосовуються методи фізичного моделювання роботи повнорозмірних агрегатів. 
В якості вузла, що моделює роботу циліндропоршневої групи (ЦПГ) ДВЗ виступає 
поршневий компресор [3]. 
Проводяться експлуатаційні досліди компресорів на спеціальному стенді. 
Визначаються та порівнюються показники зношування деталей тертя ЦПГ 
компресорів без і при ультразвуковій обробці моторних олив. Отримані 
результати дозволяють провести оцінку впливу ультразвукової обробки олив на 
зношування та ресурсні показники агрегатів ДВЗ. 
Одноциліндровий поршневий компресор є важливим агрегатом дизельного 
двигуна. Привід компресора йде від шестірні паливного насосу високого тиску при 
передачі обертання через проміжну шестерню на ведену шестірню, встановлену на 
колінвалі компресора. Охолодження компресора повітряне. Змащування поверхонь 
тертя здійснюється розбризкуванням оливи, що надходить із масляної магістралі 
двигуна. 
Компресор входить у пневматичну систему приводу гальм, яка включається 
тільки при роботі ТЗ з причепами та іншими механізмами з пневматичним приводом 
гальм, а також при накачуванні шин коліс трактора. При роботі в інших режимах 
роботи компресор може бути виключений за допомогою важеля включення, поворот 
якого в горизонтальне ліве положення виводить проміжну шестірню компресора зі 
зчеплення з шестернею паливного насосу двигуна. 
Таким чином, при роботі ДВЗ протягом 960 мотогодин (час роботи дизеля, після 
закінчення якого рекомендується профілактика його агрегатів, включаючи 
компресор) [18] компресор працює, в середньому, не більше 250 годин. 
Для підтвердження кількісних параметрів зміни показників зношування 
циліндропоршневої групи компресорів А29.01.000 при ультразвуковій обробці 
50 
 
моторної оливи, що змазує компресор, проводяться досліди на зношування 
компресорів. Принцип прискорених дослідів на зношування – одночасне 
функціонування двох компресорів, від загального приводу (електромотора). 
Компресори мають автономні масляні картери. Змащування деталей тертя 
компресора проводиться розбризкуванням оливи, що надходить у картери 
компресорів із загального бака. У картері одного з компресорів проводиться 
періодичне автоматизоване ультразвукове опромінення оливи. Джерелом 
ультразвуку є дисковий п’єзовипромінювач, прикріплений ззовні до днища 
масляного картера компресора. Форсований режим роботи компресорів на стенді 
забезпечується тим, що обидва компресори постійно підключені до шестерень 
привідного валу. Після функціонування компресорів протягом часу, визначеного 
методикою випробувань, проводиться оцінка сумарного зношування інтегральним 
методом [18], тобто вимірюється вагове зношування деталей циліндропоршневої 
групи (компресійних і маслоз’ємних поршневих кілець) обох компресорів і 
порівнюється. 
Для проведення експлуатаційних дослідів компресорів розроблений і 
виготовлений спеціальний стенд. Схема стенда представлена на рис. 3.13, а загальний 
вигляд стенда на рис. 3.14. 
При функціонуванні стенда вал електромотора через редуктор приводить у рух 
загальний привідний вал компресора. Шестерні, запресовані на валу, через проміжні 
шестерні компресорів, передають крутний момент на шестерні колінвалів обох 
компресорів. Обертання колінвала приводить у рух шатун і забезпечує обернено-
поступальний рух поршня. При русі поршня вниз повітря, через всмоктувальний 
клапан, надходить у циліндр. При русі поршня вгору всмоктувальний клапан 
закривається, а стиснене повітря через нагнітальний клапан надходить у вузол 
скидання. 
 При досягненні тиску повітря у вузлі 7,3 кг/см2 спрацьовує запобіжний клапан, 
надлишкове повітря скидається і тиск знижується. Вузол скидання укомплектований 
також вентилем ручного скидання повітря. 
 
51 
 
 
1 – бак системи змащення, 2 – вузол скидання надлишкового тиску повітря, 
3 – запобіжний клапан, 4 – манометр, 5 – всмоктувальний клапан компресорів, 
6 – нагнітальний клапан компресорів, 7 – компресори, 8 – електромотор, 
9 – редуктор, 10 – фланцеве з'єднання, 11 – загальний приводний вал компресорів,  
12 – картери компресорів, 13 – п’єзовипромінювач, 14 – кабель 
15 – ультразвуковий генератор 
Рисунок 3.13 – Схема стенда для експлуатаційних досліджень компресорів 
 
 
Рисунок 3.14 – Загальний вигляд стенда для досліджень компресорів 
 
Основним вузлом, що керує ультразвуковою обробкою оливи в картері 
компресора, є ультразвуковий генератор (УЗГ). Загальний вигляд УЗГ наведено на 
рис. 3.15. 
УЗГ призначений для генерації ультразвукових коливань із частотою 43 кГц і 
52 
 
потужністю 50 Вт. Особливістю УЗГ є можливість установки тривалості часу роботи 
ультразвукового випромінювача та інтервалу між його включеннями в діапазоні від 1 
до 999 год. Електроживлення плати здійснюється від адаптера 12 В, 1,5 А. 
 
 
1 - вікно для налаштування таймера із кнопками; 2 - цифровий індикатор 
Рисунок 3.15 – Зовнішній вигляд УЗГ 
 
Для підтвердження підвищення зносостійкості вузлів циліндропоршневої групи 
для дизельних двигунів при ультразвуковій обробці моторної оливи проводяться 
експлуатаційні досліди компресорів на стенді для ресурсних випробувань. 
Загальний час роботи компресорів у складі стенда, необхідний для проведення 
дослідів 256 годин. При організації роботи стенда протягом 8 годин при перерві 16 
годин, для проведення досліди буде потрібно 45 діб. Режим проведення досліджень 
із перервами обраний для додаткового форсування режиму роботи компресорів, 
тому що найбільше зношування деталей циліндропоршневої групи відбувається при 
пуску та зупинці [28]. Дослідження проводяться в приміщенні, оснащеному 
пристосуваннями, інструментом та матеріалами для розбирання, промивання і 
просушування деталей ДВЗ і, зокрема, компресорів. 
Технічне забезпечення випробувань: стенд для ресурсних дослідів компресорів; 
електронний годинник; ваги фірми «Sartorius» (Німеччина) з точністю вимірювання 
0,00001 г. 
Стенд розміщується в освітленому приміщенні з можливістю підключення 
електродвигуна і УЗГ в окремі заземлені розетки мережі (≈220 В). Повинен бути 
забезпечений вільний доступ до всіх вузлів стенда. 
До початку дослідів на стенді обидва компресори повинні бути розібрані (зняті, 
53 
 
промиті і висушені компресійні та маслознімні кільця поршнів). Після чого кожне 
кільце зважується на аналітичних вагах фірми «Sartorius» (Німеччина) тричі. 
Компресори знову збираються та встановлюються на стенд. Загальний вигляд 
поршневих кілець наведено на рис. 3.17. Маслознімне кільце представлено на 
рис. 3.18. 
 
 
1 – верхнє компресійне кільце, 2 - нижнє  
компресійне кільце, 3 – маслознімне кільце Рисунок 3.18 – Маслознімне 
Рисунок 3.17 – Поршневі кільця кільце 
 
Перед початком дослідів необхідно перевірити: наявність і рівень свіжої 
моторної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 у баку стенда; надійність кріплення та 
герметичність шлангів і арматури вузла скидання повітря; відсутність стисненого 
повітря у вузлі; надійність і цілісність проводів і роз’єми для підключення до мережі 
електромотора та УЗГ. 
Перед проведенням дослідів необхідно здійснити налаштування керуючого 
таймера УЗГ на наступні параметри: час роботи випромінювача 10 хв; час паузи між 
включеннями 190 хв. Таким чином, за 8 годин безперервної роботи стенда буде 
зроблено два автоматичних включення випромінювача ультразвуку на 10 хв. 
Щоденне включення стенда проводиться в наступному порядку: перевірка 
наявності та рівня оливи в баці; перевірка відсутності стисненого повітря у вузлі 
скидання; перевірка підключення проміжних шестерень обох компресорів до 
шестерень привідного вала; включення електромотора; включення УЗГ. Вимикання 
стенда після 8 годин роботи проводиться в наступному порядку: вимикання 
електромотора; вимикання УЗГ; спускання повітря з вузла скидання через вихідний 
54 
 
вентиль. 
Після 256-годинного функціонування компресори знімаються зі стенда та 
розбираються. Поршневі кільця знімаються, промиваються, сушаться і зважуються 
на аналітичних вагах фірми «Sartorius» (Німеччина) тричі. Для кожного кільця 
обчислюється середньоарифметичне значення ваги, середнє квадратичне відхилення 
результатів зважування (σ) і коефіцієнт варіації (V). Порівнюється вага кожного 
кільця до та після випробувань, визначається вагове зношування (Δ). 
Узагальнена діаграма інтегрального вагового зношування деталей компресорів 
представлена на рис. 3.19. 
 
 
0 кГц - зношування деталей без обробки оливи ультразвуком; 43 кГц - зношування 
деталей при обробці оливи ультразвуком із частотою 43 кГц 
Рисунок 3.19 – Діаграма вагового зношування деталей компресорів 
 
Аналіз результатів зважування компресійних і маслознімних кілець компресорів 
показав: 
- середнє квадратичне відхилення результатів зважування кожного з кілець 
обох компресорів не перевищує 0,0065 г; 
- коефіцієнт квадратичної варіації не перевищує 0,1 %; 
- при обробці моторної оливи ультразвуком із частотою 43 кГц і потужністю 
50 Вт вагове зношування верхнього компресійного кільця знизилося на 31 %, 
55 
 
нижнього компресійного кільця - на 28 %, а маслознімного кільця - на 30 %. 
Результати дослідів розглядаються як фізичне моделювання. Вони дають 
кількісну оцінку зниження зношування та збільшення ресурсу безремонтної роботи 
компресорів при ультразвуковій обробці моторної оливи 29,7 %. 
 
Висновки до третього розділу 
 
1. Були проведені досліди на зношування компресорів. Досліди показали, що 
при періодичній ультразвуковій обробці моторної оливи, інтегральне зношування 
верхнього компресійного, нижнього компресійного та маслознімного поршневих 
кілець зменшилося на 31 %, 28 % і 30 % відповідно. 
2. Результати експлуатаційних дослідів поршневих компресорів дозволяють 
зробити кількісну оцінку підвищення ресурсу компресора при обробці моторної 
оливи ультразвуком. Ресурс підвищується, в середньому, на 29,7 %. 
 
 
  
56 
 
4 РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
4.1 Результати експериментів з визначення залежності коефіцієнта 
поверхневого натягу моторних олив від температури 
 
Значення коефіцієнта σ для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40 при 
зміні Т від 20 0С до 50 0С наведено в табл. 4.1.  
Таблиця 4.1 - Значення коефіцієнта поверхневого натягу мінеральної моторної 
оливи «VAG Special E» 10W-40 при зміні Т °С  
Т, °С Метод крапель σср, мН/м Метод кільця σср, мН/м Узагальнене σзаг, мН/м 
20 38,22 39,18 38,70 
25 37,17 37,92 37,55 
30 36,22 36,99 36,60 
35 35,16 36,06 35,61 
40 34,11 34,92 34,52 
45 33,05 33,82 33,43 
50 32,10 33,00 32,55 
 
Значення коефіцієнта σ для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix 
HX7 Diesel»10W-40 при зміні Т від 20 0С до 50 0С наведено в табл. 4.2. 
Таблиця 4.2 – Значення коефіцієнта поверхневого натягу напівсинтетичної 
оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» при зміні Т, °С 
Т, °С Метод крапель σср, мН/м Метод кільця σср, мН/м Узагальнене σзаг, мН/м 
20 37,08 38,00 37,54 
25 36,01 36,83 36,42 
30 34,96 35,79 35,37 
35 33,90 34,81 34,36 
40 32,94 33,71 33,32 
45 31,78 32,67 32,23 
50 30,63 31,41 31,02 
 
Значення σ для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 при зміні Т від 20 0С 
до 50 0С наведено в табл. 4.3.  
Аналіз поля розсівання розрахунково-експериментальних точок для кожної з 
олив дозволив апроксимувати характер їх розподілу лінійними моделями виду 
у=А–Вх.  
 
57 
 
Таблиця 4.3 – Значення коефіцієнта поверхневого натягу синтетичної олії «ZIC 
Х7 Diesel» 10W-40 при зміні Т, °С 
Т, °С Метод крапель σср, мН/м Метод кільця σср, мН/м Узагальнене σзаг, мН/м 
20 35,01 36,10 35,55 
25 33,74 34,73 34,23 
30 32,37 33,48 32,92 
35 31,21 32,37 31,79 
40 30,04 31,01 30,52 
45 28,75 29,76 29,25 
50 27,54 28,48 28,01 
 
При цьому середнє середньоквадратичне відхилення для кожної із точок, що 
лежать на апроксимованих прямих не перевищує ±0,96 мH/м. Рішення системи із 
двох алгебраїчних виразів з врахуванням значень крайніх точок полів координат 
(діапазону від 20 °С до 50 °С) дозволило отримати математичні вирази для 
розрахунків значень коефіцієнта поверхневого натягу. 
Для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40: 
 
σ=42,8−0,205T,     (4.1) 
 
Для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40: 
 
σ=41,9−0,218T,     (4.2) 
 
Для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40: 
 
σ=40,6−0,251T,     (4.3) 
 
Зведений графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу від температури 
для мінеральних, напівсинтетичних і синтетичних моторних олив наведено на 
рис. 4.1. 
 
58 
 
 
Рисунок 4.1 – Графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу σ від 
температури моторних олив: σм – для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40;  
σнс – для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40; 
σс – для синтетичної оливи «ZICX7 Diesel» 10W-40 
 
Отримані математичні вирази дозволяють визначити взаємозв’язок між  
коефіцієнтом поверхневого натягу оливи та підвищенням температури. Це суттєво 
підвищує точність результатів досліджень залежності σ від параметрів ультразвуку. 
 
4.2 Результати експериментів з визначення впливу параметрів 
ультразвуку та часу обробки на зміну температури і коефіцієнта поверхневого 
натягу моторної оливи 
 
Результати експерименту з визначення залежності температури (Т) моторних 
олив від часу обробки їх ультразвуком наведено у табл. 4.4. 
Таблиця 4.4 – Значення температури Т оливи при обробці ультразвуком 
Час, с Температура Т, °С Час, с Температура Т (°С) 
Тм Тнс Тс Тм Тнс Тс 
30 21 21 21 300 24 25 25 
60 21 21 21 360 26 26 27 
90 21 21 21 420 27 27 28 
120 22 22 22 480 29 29 30 
180 22 22 23 540 31 30 31 
240 23 23 23 600 31 31 33 
 
59 
 
У результаті експерименту з'ясовано, що для всіх олив підвищення температури 
починається від часу обробки 120 с. 
Результати експериментів з визначення залежності температури та коефіцієнта 
поверхневого натягу олив від часу обробки їх ультразвуком в УЗ ванні наведені: для 
мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40 у табл. 4.5; для напівсинтетичної оливи 
«SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 у табл. 4.6; для синтетичної оливи «ZIC X7 
Diesel» 10W-40 у табл. 4.7. 
Таблиця 4.5 - Значення σ та Т° оливи «VAG Special E» 10W-40 при зміні t 
обробки ультразвуком 
t, с Т, № Метод рахунку крапель Метод відриву кільця 
°С п/п М60кап, г mкап., г σ, мН/м mвідр., г Fвідр., мН σ, мН/м 
1 1,164 0,01940 36,88 2,320 22,736 38,09 
0 24 2 1,174 0,01957 37,20 2,316 22,667 38,02 
3 1,164 0,01940 36,88 2,321 22,746 38,11 
1 1,172 0,01953 37,12 2,320 22,736 38,09 
20 24 2 1,173 0,01955 37,16 2,311 22,648 37,94 
3 1,164 0,01940 36,88 2,310 22,638 37,92 
1 1,172 0,01953 37,12 2,320 22,636 38,09 
60 24 2 1,175 0,01958 37,22 2,318 22,616 38,06 
3 1,172 0,01953 37,12 2,317 22,707 38,04 
1 1,182 0,01970 37,45 2,329 22,824 38,24 
90 24 2 1,174 0,01957 37,20 2,310 22,638 37,92 
3 1,160 0,01933 36,75 2,308 22,618 37,89 
1 1,166 0,01943 36,93 2,322 22,756 38,12 
120 24 2 1,164 0,01940 36,88 2,312 22,657 37,95 
3 1,186 0,01977 37,58 2,312 22,657 37,95 
1 1,152 0,01920 36,49 2,275 22,295 37,35 
180 26 2 1,158 0,01938 36,69 2,296 22,500 37,70 
3 1,160 0,01933 36,84 2,300 22,540 37,76 
1 1,139 0,01898 36,08 2,270 22,246 37,27 
240 28 2 1,150 0,01917 36,44 2,261 22,158 37,12 
3 1,145 0,01910 36,31 2,261 22,158 37,12 
1 1,125 0,01875 35,64 2,256 22,109 37,04 
300 30 2 1,140 0,01900 36,12 2,226 21,815 36,55 
3 1,138 0,01897 36,05 2,235 21,903 36,69 
1 1,122 0,01871 35,56 2,232 21,874 36,65 
360 31 2 1,130 0,01883 35,80 2,213 21,687 36,33 
3 1,130 0,01883 35,80 2,235 22,903 36,69 
1 1,121 0,01868 35,52 2,200 21,560 36,12 
480 33 2 1,111 0,01852 35,20 2,204 21,600 36,18 
3 1,111 0,01852 35,20 2,204 21,600 36,18 
1 1,105 0,01842 35,01 2,184 21,403 35,86 
600 35 2 1,099 0,01832 34,82 2,179 21,354 35,77 
3 1,099 0,01832 34,82 2,181 21,374 35,81 
 
Для кожної точки t з інтервалу від 0 до 600 с, визначаємо середньоарифметичні 
значення σср (для методів «кільця» і «крапель»), а також σоб (узагальнене для двох 
методів) і середньоквадратичне відхилення. Графік залежності σзаг від t обробки 
60 
 
наведено на рис. 4.2. 
 
 
Рисунок 4.2 - Графік залежності σзаг від t обробки оливи  
«VAG Special E» 10W-40 
 
Максимальне середньоквадратичне відхилення кожної з точок графіка не 
перевищує ±0,65 мН/м. 
Для кожної точки t з інтервалу від 0 до 600 с (табл. 4.6) визначаємо 
середньоарифметичні значення σср (для методів «кільця» і «крапель»), а також σзаг 
(узагальнене для двох методів) і середньоквадратичне відхилення. Графік 
залежності σзаг від t обробки наведено на рис. 4.3. 
 
 
Рисунок 4.3 - Графік залежності σзаг від t обробки оливи  
«SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 
 
Максимальне середньоквадратичне відхилення для кожної з точок графіка не 
61 
 
перевищує ±0,78 мН/м. 
Таблиця 4.6 - Значення σ та Т° оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 при 
зміні t обробки ультразвуком 
t, с Т, № Метод рахунку крапель Метод відриву кільця 
°С п/п М60кап, г mкап., г σ, мН/м mвідр., г Fвідр., мН σ, мН/м 
0 24 1 1,134 0,01890 35,92 2,264 22,193 37,18 
2 1,147 0,01911 36,32 2,269 22,239 37,26 
3 1,150 0,01917 36,44 2,259 22,145 37,10 
20 24 1 1,152 0,01920 36,49 2,254 22,090 37,01 
2 1,141 0,01902 36,16 2,260 22,148 37,11 
3 1,141 0,01902 36,16 2,269 22,239 37,26 
60 24 1 1,092 0,01821 34,62 2,179 21,357 35,78 
2 1,099 0,01832 34,82 2,174 21,309 35,70 
3 1,104 0,01841 35,00 2,184 21,404 35,86 
90 24 1 1,105 0,01842 35,01 2,170 21,266 35,63 
2 1,101 0,01835 34,88 2,174 21,309 35,"0 
3 1,100 0,01833 34,84 2,181 21,375 35,81 
120 24 1 1,109 0,01849 35,14 2,175 21,315 35,71 
2 1,101 0,01835 34,88 2,184 21,404 35,86 
3 1,092 0,01821 34,62 2,184 21,404 35,86 
180 25 1 1,100 0,01832 34,82 2,170 21,266 35,63 
2 1,095 0,01820 34,61 2,176 21,321 35,72 
3 1,091 0,01818 34,55 2,165 21,217 35,54 
240 27 1 1,080 0,01800 34,21 2,144 21,017 35,21 
2 1,074 0,01791 34,04 2,141 20,981 35,15 
3 1,087 0,01812 34,45 2,150 21,070 35,30 
300 29 1 1,072 0,01786 33,95 2,119 20,766 34,79 
2 1,067 0,01778 33,81 2,124 20,815 34,87 
3 1,064 0,01774 33,73 2,114 20,718 34,71 
360 30 1 1,067 0,01778 33,81 2,101 20,589 34,49 
2 1,059 0,01766 33,57 2,105 20,629 34,56 
3 1,055 0,01759 33,45 2,111 20,688 34,66 
480 32 1 1,043 0,01738 33,03 2,080 20,384 34,15 
2 1,047 0,01746 33,19 2,075 20,336 34,07 
3 1,087 0,01812 33,44 2,083 20,414 34,20 
600 34 1 1,041 0,01735 32,98 2,045 20,044 33,58 
2 1,032 0,01720 32,69 2,062 20,211 33,86 
3 1,032 0,01720 32,69 2,054 20,129 33,72 
 
Для кожної точки t з інтервалу від 0 до 600 с, наведеної в табл. 4.7, визначаємо 
середньоарифметичні значення σср (для методів «кільця» і «крапель»), а також σзаг 
(загальне для двох методів) і середньоквадратичне відхилення. Графік залежності 
σоб від t обробки наведено на рис. 4.4. 
 
62 
 
 
Рисунок 4.4 – Графік залежності σзаг від t обробки оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 
 
Таблиця 4.7 – Значення σ та Т° оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 при зміні t 
обробки ультразвуком 
t, с Т, № Метод рахунку крапель Метод відриву кільця 
°С п/п М60кап, г mкап., г σ, мН/м mвідр., г Fвідр., мН σ, мН/м 
0 24 1 1,080 0,01800 34,22 2,125 20,826 34,89 
2 1,075 0,01791 34,04 2,135 20,923 35,05 
3 1,075 0,01791 34,04 2,130 20,874 34,97 
20 24 1 1,084 0,01806 34,33 2,155 21,119 35,38 
2 1,073 0,01788 33,98 2,124 20,814 34,87 
3 1,073 0,01788 33,98 2,124 20,814 34,87 
60 24 1 1,010 0,01684 32,01 2,022 19,817 33,20 
2 1,025 0,01710 32,50 2,030 19,894 33,33 
3 1,021 0,01701 32,33 2,022 19,817 33,20 
90 24 1 1,021 0,01701 32,33 2,025 19,845 33,25 
2 1,024 0,01707 32,45 2,024 19,835 33,23 
3 1,013 0,01689 32,11 2,025 19,845 33,25 
120 24 1 1,026 0,01711 32,52 2,020 19,793 33,16 
2 1,016 0,01693 32,19 2,033 19,924 33,38 
3 1,016 0,01693 32,19 2,024 19,835 33,23 
180 26 1 1,004 0,01674 31,82 2,000 19,600 32,84 
2 1,007 0,01679 31,92 2,000 19,600 32,84 
3 1,000 0,01666 31,68 2,000 19,600 32,84 
240 28 1 0,985 0,01640 31,17 1,977 19,375 32,46 
2 0,990 0,01650 31,32 1,967 19,279 32,30 
3 0,994 0,01658 31,52 1,967 19,279 32,30 
300 30 1 0,976 0,01627 30,93 1,951 19,112 32,02 
2 0,973 0,01622 30,83 1,945 19,061 31,93 
3 0,970 0,01616 30,73 1,935 18,664 31,77 
360 30 1 0,970 0,01622 30,73 1,950 19,110 32,01 
2 0,978 0,01628 30,96 1,950 19,110 32,01 
3 0,970 0,01622 30,73 1,950 19,110 32,01 
480 33 1 0,945 0,01580 30,03 1,900 18,623 31,20 
2 9,940 0,01566 29,90 1,908 18,701 31,33 
3 0,954 0,01590 30,23 1,908 18,701 31,33 
600 35 1 0,937 0,01562 29,69 1,891 18,533 31,05 
2 0,931 0,01551 29,49 1,880 18,424 30,86 
3 0,931 0,01551 29,49 1,871 18,335 30,72 
 
63 
 
Максимальне середньоквадратичне відхилення кожної із точок графіка не 
перевищує ±0,76 мН/м.  
При цьому залежність для синтетичної оливи описано наступними функціями: 
 
− 0,00075t 2 + 0,017t + 34,53;∀t∈[0;60]
  σ = 34,53;∀t∈[60;120]     (4.4) 

− 0,005t + 33,18;∀t∈[120;600]
 
Результати експерименту з визначення залежності σ від частоти та потужності 
ультразвуку наведені: для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40 у табл. 4.8; 
для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 у табл. 4.9; для 
синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 у табл. 4.10. 
Зведений графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу від частоти 
ультразвукового сигналу при потужності ультразвуку 25 Вт і вище для мінеральної, 
напівсинтетичної та синтетичної моторних олив наведено на рис. 4.5. 
Таблиця 4.8 – Залежність коефіцієнта поверхневого натягу від потужності та 
частоти ультразвуку для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40 
Потужність Частота Метод рахунку Метод відриву Узагальнене 
сигналу Р, сигналу F, крапель σ, мН/м кільця σ, мН/м значення σср, 
Вт кГц мН/м 
0 37,00 38,03 37,51 0 
10 36,96 38,02 37,49 -0,05 
10 12 37,05 38,07 37,56 0,13 
15 33,96 35,80 37,5 -0,03 
17 37,02 37,92 37,47 -0,11 
0 37,00 38,03 37,51 0 
10 37,08 38,06 37,57 0,16 
25 12 37,1 37,99 37,54 0,08 
15 36,94 38,02 37,48 -0,08 
17 36,89 38,09 37,49 -0,05 
30 43 37,02 38,08 37,55 0,11 
50 43 36,98 38,00 37,49 -0,05 
 
ванна лабораторна установка Джерело 
сигналу 
Відхилення,% 
64 
 
Таблиця 4.9 – Залежність коефіцієнта поверхневого натягу від потужності та 
частоти ультразвуку для напівсинтетичної оливи «SHELL HelixHX7 Diesel» 10W-40 
Потужність Частота Метод рахунку Метод відриву Узагальнене 
сигналу Р, сигналу F, крапель σ, мН/м кільця σ, мН/м значення σср, 
Вт кГц мН/м 
 0 36,23 37,18 36,70 0 
10 10 36,27 37,12 36,69 -0,027 
12 36,25 37,15 36,70 0 
 15 36,28 37,18 36,73 0,054 
 17 36,24 37,14 36,69 -0,027 
0 36,23 37,18 36,70 0 
10 36,24 37,19 36,71 0,027 
25 12 36,21 37,12 36,66 -0,11 
15 34,90 35,92 35,41 -3,51 
17 34,81 35,79 35,30 -3,81 
30 43 34,76 35,81 35,28 -3,86 
50 43 34,78 35,8 32,29 -3,84 
 
Таблиця 4.10 – Залежність коефіцієнта поверхневого натягу від потужності та 
частоти ультразвуку для синтетичної оливи «ZIC Х7 Diesel» 10W-40 
Потужність Частота Середнє 
сигналу Р, сигналу F, Метод рахунку Метод відриву 
крапель σ, мН/м кільця σ, мН/м значення σср, 
Вт кГц мН/м 
 0 33,93 34,84 34,38 0 
10 10 33,96 34,84 34,40 0,06 
12 33,83 34,90 34,37 -0,03 
 15 33,96 34,80 34,38 0 
 17 33,84 34,91 34,37 -0,03 
0 33,93 34,84 34,38 0 
10 33,84 34,79 34,32 -0,2 
25 12 34,07 34,85 34,46 0,23 
15 32,43 33,20 32,81 -4,56 
17 32,31 33,09 32,70 -4,89 
30 43 32,32 33,1 32,71 -4,86 
50 43 32,3 33,08 32,69 -4,91 
 
ванна лабораторна установка Джерело ванна лабораторна установка Джерело 
сигналу сигналу 
Відхилення,% Відхилення,% 
65 
 
 
Рисунок 4.5 - Графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу від частоти 
ультразвукового сигналу для мінеральної, напівсинтетичної та синтетичної 
моторних олив: σс – коефіцієнт синтетичної оливи; σнс - коефіцієнт 
напівсинтетичної оливи; σм - коефіцієнт мінеральної оливи 
 
Дані залежності можна описати наступними функціями: 
– для мінеральної оливи 
 σ = 37,5;∀F ∈[0;44]     (4.5) 
– для напівсинтетичної 
36,8;∀F ∈[0;412]
σ = − 0,283F + 39,94;∀F ∈[12;17]   (4.6)  

35,2;∀F ∈[17;44]
– для синтетичної  
34,3;∀F ∈[0;12]
σ = − 0,376F + 38,71;∀F ∈[12;17] .  (4.7) 

32,7;∀F ∈[17;44]
 
При цьому, перевірка за критерієм Фішера дає адекватність отриманих рівнянь, 
а середня помилка апроксимації становить 3,6 %. 
Аналіз результатів даних досліджень показує, що ультразвукова обробка 
мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40, що застосовується для поліпшення 
трибологічних властивостей оливи, дає нульовий ефект у всіх досліджених 
діапазонах частот і потужностей сигналу. Ультразвукова обробка напівсинтетичної 
66 
 
моторної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel»10W-40 дає максимальний ефект 
поліпшення трибологічних властивостей оливи (3,81%) у діапазоні частот сигналу 
від 17 кГц до 43 кГц і потужності ультразвуку не менше 25 Вт. Ультразвукова 
обробка синтетичної моторної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 дає максимальний 
ефект поліпшення трибологічних властивостей оливи (4,89 %) у діапазоні частот 
сигналу від 17 кГц до 43 кГц і потужності ультразвуку не менше 25 Вт. 
Результати експерименту з визначення часу збереження ефекту зниження 
коефіцієнта поверхневого натягу наведені: для напівсинтетичної оливи «SHELL 
Helix HX7 Diesel» 10W-40 у табл. 4.11; для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 
10W-40 у табл. 4.12. 
Таблиця 4.11 – Час збереження ефекту зменшення σ після УЗ обробки оливи 
«SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 
t, с № Метод рахунку крапель Метод відриву кільця 
п/п М60кап, г mкап., г σ, мН/м mвідр., г Fвідр., мН σ, мН/м 
1 1,106 0,01843 35,04 2,172 21,285 35,66 
0 2 1,101 0,01834 34,85 2,172 21,285 35,66 
3 1,094 0,01823 34,66 2,187 21,429 35,90 
1 1,103 0,01838 34,94 2,172 21,285 35,66 
24 2 1,100 0,01833 34,83 2,181 21,370 35,80 
3 1,095 0,01825 34,70 2,184 21,400 35,85 
1 1,093 0,01822 34,64 2,170 21,266 35,63 
48 2 1,096 0,01827 34,76 2,175 21,315 35,71 
3 1,105 0,01842 35,03 2,182 21,380 35,82 
1 1,093 0,01822 34,64 2,181 21,370 35,80 
52 2 1,101 0,01834 34,85 2,175 21,315 35,71 
3 1,102 0,01836 34,91 2,186 21,423 35,89 
1 1,102 0,01836 34,91 2,170 21,266 35,63 
56 2 1,102 0,01836 34,91 2,170 21,266 35,63 
3 1,095 0,01825 34,70 2,188 21,446 35,93 
1 1,118 0,01864 35,43 2,205 21,609 36,20 
60 2 1,111 0,01851 35,18 2,208 21,643 36,26 
3 1,115 0,01860 35,35 2,207 21,626 36,23 
1 1,128 0,01881 35,75 2,224 21,793 36,51 
64 2 1,123 0,01871 35,57 2,231 21,864 36,63 
3 1,124 0,01873 35,60 2,224 21,793 36,51 
1 1,135 0,01890 35,92 2,240 21,952 36,78 
68 2 1,132 0,01886 35,86 2,247 22,026 36,90 
3 1,130 0,01883 35,80 2,231 21,864 36,63 
1 1,142 0,01904 36,20 2,245 22,001 36,86 
72 2 1,139 0,01898 36,08 2,253 22,085 37,00 
3 1,135 0,01890 35,92 2,260 22,148 37,11 
1 1,152 0,01920 36,49 2,258 22,133 37,08 
76 2 1,141 0,01902 36,16 2,260 22,148 37,11 
3 1,141 0,01902 36,16 2,269 22,239 37,26 
1 1,134 0,01890 35,92 2,260 22,148 37,11 
80 2 1,147 0,01911 36,32 2,260 22,148 37,11 
3 1,150 0,01917 36,44 2,260 22,148 37,11 
 
67 
 
 
Рисунок 4.6 – Графік залежності σзаг від t зберігання оливи «SHELL Helix HX7 
Diesel» 10W-40 
 
Для кожної точки tхр з інтервалу від 0 до 80 год., наведеної в табл. 4.11, 
обчислюємо середньоарифметичні значення σср (для методів «кільця» і «крапель»), а 
також σзаг і середньоквадратичне відхилення. Графік залежності σзаг від t зберігання 
наведено на рис. 4.6. Максимальне середньоквадратичне відхилення для кожної із 
точок графіка не перевищує ±0,74 мН/м. 
Для кожної точки tзб із інтервалу від 0 до 92 год, наведеної в табл. 4.12, 
обчислюємо середньоарифметичні значення σср (для методів «кільця» і «крапель»), а 
також σзаг (загальне для двох методів) і середньоквадратичне відхилення. Графік 
залежності σзаг від t зберігання представлений на рис. 4.7. 
 
 
Рисунок 4.7 – Графік залежності σзаг від t зберігання для оливи «ZIC X7 Diesel» 
10W-40 
 
68 
 
Максимальне середньоквадратичне відхилення для любої із точок графіка не 
перевищує ±0,67 мН/м. 
Таблиця 4.12 – Час збереження ефекту зменшення σ після УЗ обробки оливи 
«ZIC X7 Diesel» 10W-40 
t, с № Метод рахунку крапель Метод відриву кільця 
п/п М60кап, г mкап., г σ, мН/м mвідр., г Fвідр., мН σ, мН/м 
1 1,015 0,01690 32,13 2,024 19,835 33,23 
0 2 1,022 0,01703 33,37 2,020 19,793 33,16 
3 1,020 0,01700 32,31 2,031 19,907 33,35 
1 1,021 0,01702 32,35 2,025 19,845 33,25 
24 2 1,018 0,01697 32,26 2,025 19,845 33,25 
3 1,017 0,01696 33,22 2,024 20,835 33,23 
1 1,016 0,01693 32,18 2,022 19,823 33,21 
48 2 1,025 0,01710 32,50 2,028 19,877 33,30 
3 1,017 0,01696 32,22 2,022 19,823 33,21 
1 1,019 0,01698 32,28 2,021 19,805 33,18 
72 2 1,019 0,01698 32,28 2,023 19,829 33,22 
3 1,019 0,01698 32,28 2,030 19,894 33,33 
1 1,029 0,01715 32,74 2,066 20,247 33,92 
76 2 1,047 0,01746 33,19 2,068 20,270 33,96 
3 1,040 0,01734 32,97 2,061 20,199 33,84 
1 1,074 0,01773 33,71 2,100 20,580 34,48 
80 2 1,059 0,01765 33,55 2,088 20,462 34,28 
3 1,052 0,01753 33,45 2,111 20,688 34,66 
1 1,065 0,01780 33,83 2,115 20,727 34,72 
84 2 1,073 0,01789 34,00 2,124 20,820 34,88 
3 1,062 0,01771 33,66 2,105 20,683 34,65 
1 1,084 0,01806 34,33 2,136 20,939 35,08 
88 2 1,073 0,01788 33,98 2,125 20,825 34,89 
3 1,073 0,01788 33,98 2,130 20,873 34,97 
1 1,079 0,01799 34,20 2,138 20,952 35,10 
92 2 1,075 0,01792 34,07 2,127 20,844 34,92 
3 1,075 0,01792 34,07 2,132 20,894 35,01 
 
Аналіз графіку (рис. 4.6) показав, що мінімальне значення σзаг для 
напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 зберігається протягом 
56 годин після УЗ обробки. Далі σзаг починає підвищуватися, і до 76 години досягає 
значення σзаг.вих. (значення σзаг до обробки оливи ультразвуком). 
Аналіз графіку (рис. 4.7) показав, що мінімальне значення σзаг для синтетичної 
оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 зберігається протягом 72 годин після УЗ обробки. 
Далі σзаг починає підвищуватися, і до 88 години досягає значення σзаг.вих. (значення 
σзаг до обробки оливи ультразвуком). 
При цьому залежності були визначені наступними функціями: 
– для напівсинтетичної оливи  
69 
 
35,3;∀F ∈[0;12]
σ = 9,264ln(t )− 6,782;∀F ∈[12;17]   (4.8) 

36,7;∀F ∈[17;44]
– для синтетичної оливи 
32,7;∀F ∈[0;12]
 σ = 4,495ln(t)+17,3;∀F ∈[12;17]    (4.9) 

34,55;∀F ∈[17;44]
 
Перевірка за критерієм Фішера показує адекватність отриманих рівнянь, а 
середня помилка апроксимації становить 3,7%. Для синтетичної оливи ефект 
зберігається на 16 годин довше, ніж для напівсинтетичної. 
Це показує, що застосування синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40, 
періодично оброблюваного ультразвуком для підвищення довговічності агрегатів 
мобільної техніки дозволяє робити періодичну обробку оливи в 1,29 раза рідше, що 
знижує витрати. 
Аналіз результатів експерименту показує, що при ультразвуковій обробці 
мінеральної оливи (частота УЗ 12 і 17 кГц, Т=23° і 40°), в'язкість змінюється не 
більше, ніж на 0,3 %. При ультразвуковій обробці синтетичної оливи (частота УЗ 
12 кГц, Т=23 0С), в'язкість зменшується на 2,2 %. При ультразвуковій обробці 
синтетичної оливи (частота УЗ 12 кГц, Т=40°), в'язкість зменшується на 1,2 %. При 
ультразвуковій обробці синтетичної оливи (частота УЗ 17 кГц, Т=23 °С), в'язкість 
зменшується на 8,2 %. При ультразвуковій обробці синтетичної оливи (частота 
17 кГц Т=40 °С), в'язкість зменшується на 7,6%. 
 
4.3 Результати експериментальної оцінки ефективності способу внесення 
дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи 
 
Сутність способу полягає в тому, що процес утворення дрібнодисперсних 
часток відбувається безпосередньо в оливі, що модифікується під дією кавітаційної 
ерозії, викликаної акустичною вібраційною кавітацією. При цьому матеріали, що 
зношуються кавітацією, перебувають у зоні максимальної інтенсивності кавітації. 
70 
 
Візуальний ефект кавітаційного зношування фольги у ванні при встановленій 
потужності випромінювання генератора 50 Вт представлений на рис. 4.8. Графік 
залежності кавітаційної втрати металу (∆v) від часу обробки оливи ультразвуком 
наведено на рис. 4.9, а залежність концентрації металу в суспензії від часу 
обробки оливи ультразвуком – на рис. 4.10. 
 
а) б) 
а) фольга до обробки; б) фольга після обробки протягом 5 хвилин 
Рисунок 4.8 – Ультразвукова ванна, наповнена оливою і з фольгою, розміщеною 
над випромінювачем 
 
 
Рисунок 4.9 – Графік залежності втрати металу ∆V від часу обробки оливи 
ультразвуком 
 
Результати дослідження залежності втрати об’єму металу та концентрації 
металу в оливі від Т обробки показали ефективність методу навіть при невеликій 
потужності ультразвукового випромінювання. 
71 
 
 
Рисунок 4.10 – Графік залежності концентрації металу в суспензії від часу обробки 
оливи ультразвуком 
 
Залежність, що описує втрати об’єму металу від часу обробки ультразвуком, 
може бути представлена наступним рівнянням: 
 
∆v=−0,000066 ∙T2+0,0016 ∙T−0,00082,   (4.10) 
 
При цьому перевірка за критерієм Фішера дає адекватність отриманого 
рівняння, а середня помилка апроксимації становить 3,2 %. 
Для автоматизованої реалізації способу пропонується обладнання, схема якого 
представлена на рис. 4.11 [11, 12]. 
 
 
1 – місткість; 2 – рідина, що модифікується; 3 – акустичний випромінювач;  
4 – матеріали, що зазнають кавітаційної ерозії; 5 – механізм подачі диспергованих 
матеріалів в область інтенсивної кавітації; 6 – механізм перемішування рідини;  
7 – блок для визначення фізико-механічних і/або хімічних характеристик рідини, що 
модифікується; 8 – вузол включення/відключення 
Рисунок 4.11 – Схема обладнання для внесення дрібнодисперсних присадок в оливу 
72 
 
Результати дослідження залежності втрати об’єму металу та концентрації 
металу в оливі від Т обробки показали ефективність методу навіть при невеликій 
потужності ультразвукового випромінювання. 
 
4.4 Результати триботехнічних дослідів на машині тертя при обробці 
моторної оливи ультразвуком 
 
При дослідах значення моменту тертя та коефіцієнта тертя зчитуються в 
режимі реального часу (по три значення для кожного значення навантаження Р). 
Графіки залежності середньоарифметичних значень моменту тертя М від 
навантаження Р у режимі підвищення навантаження наведені на рис. 4.12-4.14. 
Графіки залежності середньоарифметичних значень коефіцієнта тертя f від 
навантаження Р у режимі підвищення навантаження наведені на рис. 4.15-4.16. 
 
 
M0 – крива без обробки ультразвуком; M12 – крива при обробці ультразвуком із 
частотою 12 кГц; M17 – крива при обробці ультразвуком із частотою 17 кГц 
Рисунок 4.12 – Графік залежності моменту тертя М від навантаження Р при 
підвищенні навантаження 
 
 
73 
 
 
M0 – крива без обробки ультразвуком; M12 – крива при обробці ультразвуком із 
частотою 12 кГц; M17 – крива при обробці ультразвуком із частотою 17 кГц 
Рисунок 4.13 – Графік залежності моменту тертя М від навантаження Р при 
зниженні навантаження 
 
 
f0 – крива без обробки ультразвуком; f12 – крива при обробці ультразвуком із 
частотою 12 кГц; f17 – крива при обробці ультразвуком із частотою 17 кГц 
Рисунок 4.14 – Графік залежності коефіцієнта тертя f від навантаження Р при 
підвищенні навантаження 
 
На наведених рисунках залежності для частоти (F) – 8 кГц не представлені, 
оскільки при обробці оливи ультразвуком при F=8 кГц значення M і f практично 
ідентичні значенням M і f без обробки оливи. 
74 
 
 
f0 – крива без обробки ультразвуком; f12 – крива при обробці ультразвуком із 
частотою 12 кГц; f17 – крива при обробці ультразвуком із частотою 17 кГц 
Рисунок 4.15 – Графік залежності коефіцієнта тертя f від навантаження Р при 
зниженні навантаження 
 
Аналіз отриманих даних дозволив визначити максимальне предзадирне 
навантаження Pм.п., при якому спостерігалось різке зростання моменту та 
коефіцієнту тертя, а також оптимальне навантаження Pоп, при якому 
спостерігається локальне зниження коефіцієнта тертя fmin (локальний мінімум). 
Таблиця 4.12 – Підсумкові результати випробувань 
Частота ультразвуку, кГц Рм.п, кН (МПа) Роп, кН (МПа) fmin 
0 1,4 (9,33) 0,8 (5,33) 0,107 
8 1,4(9,33) 0,8 (5,33) 0,108 
12 1,5(10,0) 0,8 (5,33) 0,103 
17 1,8(12,0) 0,9 (6,00) 0,093 
  
П орівняльний аналіз даних табл. 4.12 показав наступне: 
- при обробці оливи ультразвуком 17 кГц предзадирне навантаження 
збільшується на 22,2 %, коефіцієнт тертя fmin зменшується на 13,1 %, а відповідне йому 
оптимальне навантаження збільшується на 12,5 % у порівнянні з дослідами з 
використанням неопрацьованої ультразвуком оливи; 
- при обробці оливи ультразвуком 12 кГц предзадирне навантаження 
збільшується на 6,5 %, а коефіцієнт тертя зменшується на 3,6 %, при цьому відповідне 
йому оптимальне навантаження не змінюється в порівнянні з дослідами з 
75 
 
використанням оливи, неопрацьованої ультразвуком; 
- при обробці оливи ультразвуком 8 кГц предзадирне навантаження, 
коефіцієнт тертя та відповідне йому оптимальне навантаження практично не 
змінилися. 
Зняті показники шорсткості робочих зразків, що проходили досліди наведено в 
табл. 4.13. 
Таблиця 4.13 – Показники шорсткості робочих поверхонь при дослідах 
Зразки для дослідів без обробки Зразки для дослідів з обробкою 
ультразвуком ультразвуком 17 кГц 
Колодка Колодка 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
1,43 14,7 1,5 13,1 
Ролик Ролик 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
0,422 10,9 1,04 13,2 
Колодка Колодка 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
1,25 15,2 0,327 15,1 
Ролик Ролик 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
0,4 5,46 0,52 5,95 
 
Відповідно табл. 4.13 спостерігається зниження значення параметра 
шорсткості Ra для всіх зразків: при відсутності обробки ультразвуком оливи - на 
4,7 % і 12,6 %; при обробці ультразвуком оливи 17 кГц - на 50 % і 78,2 % для ролика 
і колодки, відповідно. При цьому відбувається збільшення параметра Rmax для 
нерухомих зразків (колодок), що свідчить про наявність схоплювання матеріалів 
зразків. Так, для колодки після досліду на припрацьовуваність при обробці оливи 
ультразвуком 17 кГц параметр Rmax збільшився в 1,84 раза, а для нерухомого зразка 
без обробки збільшення склало 1,1 раза. Більше значення Rmax нерухомого зразка, 
випробуваного при обробці оливи ультразвуком, пов'язано з більшим 
навантаженням в порівнянні зі зразком, випробуваним без обробки оливи. 
При аналізі результатів дослідів встановлено наступне: 
1) визначені оптимальні значення параметрів ультразвукового випромінювання 
(частота 17 кГц при потужності джерела ультразвуку 25 Вт), що впливає на 
моторну оливу, при яких суттєво покращується зносостійкість дослідних пар тертя 
Після 
випробувань До випробувань 
76 
 
в режимі граничного змащування (навантаження збільшується на 22,2 %, 
коефіцієнт тертя зменшується на 13,1 %, оптимальне навантаження збільшується на 
12,5 %). 
2) визначені оптимальні значення параметрів ультразвукового 
випромінювання (частота 17 кГц при потужності джерела ультразвуку 25 Вт), 
що впливає на моторну оливу, при яких суттєво покращується зносостійкість 
дослідних пар тертя в режимі граничного змащування (навантаження збільшується 
на 22,2 %, коефіцієнт тертя зменшується на 13,1 %, оптимальне навантаження 
збільшується на 12,5 %). 
3) спостерігається зниження значення параметра шорсткості Ra: при 
відсутності обробки ультразвуком оливи - на 4,7 % і 12,6 %; при обробці 
ультразвуком оливи на частоті 17 кГц - на 50 % і 78,2 % для ролика і колодки, 
відповідно. При цьому, для колодки після досліди при обробці оливи ультразвуком 
частотою 17 кГц параметр Rmax збільшився в 1,84 раза, а для нерухомого зразка без 
обробки - в 1,1 раза. Більше значення Rmax для нерухомого зразка при обробці 
оливи ультразвуком пов'язано з більшим навантаженням у порівнянні зі зразком, без 
обробки оливи. Не виключено, що акустична кавітація в моторній оливі могла 
безпосередньо брати участь у формуванні поверхонь тертя ролика та колодки, 
оскільки джерело ультразвукового випромінювання перебуває безпосередньо в 
дослідній камері. Виходячи з вищевикладеного, було прийнято рішення проводити 
тривалі досліди на зношування з оливою, не обробленою ультразвуком та 
обробленою ультразвуком із частотою 17 кГц. Тривалі досліди на зношування 
проводилися протягом 8 годин. 
Результати зважування зразків пар тертя до та після тривалих дослідів наведені 
в табл. 4.14. Показники зносостійкості, оцінені за результатами тривалих дослідів на 
зношування зразків, наведено в табл. 4.15. 
Аналіз даних табл. 4.14 дозволяє зробити висновок про високу ефективність 
обробки моторної оливи ультразвуком частотою 17 кГц при потужності генератора 
25 Вт – середня маса зразків, що зношуються в неопрацьованій оливі, щодо 
середньої маси зразків, що зазнали зношування в обробленій ультразвуком оливі, 
менша на 10,14 % для роликів і на 18,94 % для колодок. 
77 
 
Таблиця 4.14 – Результати зважування колодок та роликів до та після тривалих 
дослідів на зношення 
Частота Зразок Маса зразків до Маса зразків після 
обробок, випробувань, г випробувань, г 
кГц 
кожного із середня кожного з середня 
трьох трьох  
- Ролик 79,00608 79,00606 79,00450 79,00458 1,48 - 
79,00607 79,00465 
79,00603 79,00460 
Колодка 10,52145 10,52147 10,52014 10,52015 1,32 - 
10,52148 10,52020 
10,52012 
17 Ролик 80,06558 80,06555 80,06418 80,06422 1,33 -10,14 
80,06555 80,06422 
80,06551 80,06426 
Колодка 10,62956 10,62956 10,62853 10,62849 1,07 -18,94 
10,62958 10,62848 
10,62954 10,62846 
 
Відсутність слідів «задирів» і на колодці, і на ролику при обробці моторної 
оливи ультразвуком свідчить про протікання процесу зношування при постійній 
присутності шару змащування між ними. Порівняльна оцінка інтенсивності 
зношування при проведенні дослідів зразків пар тертя на машині тертя СМТ-1М, 
проводилася за показником фактора зношення. 
Аналіз зміни показника фактора зношування Ф залежно від частоти обробки 
оливи показав, що ультразвукова обробка впливає на його зменшення, що пов'язано 
зі зниженням коефіцієнта поверхневого натягу оливи. Знижений більш ніж на 5 % 
коефіцієнт поверхневого натягу «полегшує» формування масляного клина між 
контактуючими в процесі зношування поверхнями «ролика» і «колодки». 
Рекомендованою частотою обробки для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 
може бути будь-яка частота із діапазону 17…43 кГц. 
Порівняльний аналіз показників зношування при тривалих дослідах показали, 
що фактор зношування при обробці синтетичного змащування ультразвуком із 
частотою 17 кГц зменшується на 28 % (табл. 4.15). 
 
Відхилення щодо 
вихідної маси, 10-3 
г 
Відхилення щодо 
необробленої 
оливи, % 
78 
 
Таблиця 4.15 – Оцінка показників зносостійкості 
Зразок Зношування, г Показники зносостійкості 
IП ІН  ІΣ Ф 
Ролик 0,00148 5,3 - 1,232⋅10-11 0,53⋅10-9 0,542⋅10-9 1,023⋅10-10 
Колодка 0,00132  
Ролик 0,00133 6,0 17,0 1,107⋅10-11 0,43⋅10-9 0,441⋅10-9 0,735⋅10-10 
Колодка 0,00107 
 
На основі вищевикладеного можна ввести поправочний коефіцієнт для 
показника фактора зношування Ф з метою обліку обробки оливи ультразвуком на 
частотах більше, ніж 17 кГц: 
 
Ф 0,718 І
= Σ ,       (4.11) 
Роп
 
Ймовірно, що даний ефект буде спостерігатися для цілого ряду синтетичних 
олив. Були проведені дослідження зміни параметрів шорсткості та визначення площі 
зношування в процесі дослідів робочих поверхонь зразків при тривалих дослідах на 
зношування і після. Зняті показники шорсткості робочих поверхонь: показник 
нерегулярної шорсткості поверхні (Ra), показник висоти піків мікронерівностей 
поверхні (Rmax) для зразків, що проходять випробування, до та після дослідів 
наведено в табл. 4.16. 
Параметр Rmax збільшується для всіх пар тертя, випробуваних на зносостійкість 
без обробки ультразвуком: для колодки збільшується в 1,26, для ролика – в 1,45 раза. 
Для пар тертя, випробуваних на зносостійкість з обробкою оливи ультразвуком Rmax 
для колодки зменшується в 1,67 рази, для ролика – збільшується у 2,1 раза. 
  
Навантаження 
Ропт, МПа 
Частота 
ультразвукової 
обробки, кГц 
79 
 
Таблиця 4.16 – Показники шорсткості робочих поверхонь при тривалих дослідах 
на зношування  
Зразки для дослідів без обробки ультразвуком Зразки для дослідів з обробкою 
ультразвуком 17кГц 
Колодка Колодка 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
1,38 12,4 0,61 9,1 
Ролик Ролик 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
0,28 3,41 0,181 2,56 
Колодка Колодка 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
1,26 15,6 0,518 5,44 
Ролик Ролик 
Ra, мкм Rmax, мкм Ra, мкм Rmax, мкм 
0,323 6,06 0,177 4,67 
 
Зміна параметрів шорсткості при триботехнічних дослідах пов'язана зі 
складними процесами зношення, а також впливом фізико-механічних властивостей 
дослідних матеріалів і зовнішніх впливів. При дослідах матеріалів, що мають різну 
мікротвердість, відбувається впровадження мікронерівностей більш твердого 
матеріалу в м'який, що приводить до зміни параметрів шорсткості пар тертя. Істотну 
роль у процесі формування шорсткості поверхні відіграє роль навантаження Роп, яка 
на неопрацьованій оливі має величину 5,3 МПа, а на обробленій – 6 МПа. 
 
Висновки до четвертого розділу 
 
1. У результаті досліджень залежності коефіцієнта поверхневого натягу 
моторних олив від температури були отримані лінійні математичні вирази 
залежності коефіцієнта поверхневого натягу мінеральної, напівсинтетичної та 
синтетичної моторної оливи від температури. 
2. Експеримент з визначення залежності температури оливи від часу обробки 
ультразвуком при частоті 17 кГц і 43 кГц та потужністю 25...50 Вт показав, що 
підвищення температури оливи починається після 120 с, а після 600 с обробки 
досягає ΔТ=10...11 °С, причому ΔТ мало залежить від частоти та потужності 
ультразвуку для мінеральної, напівсинтетичної та синтетичної моторної оливи. 
Після 
випробувань До випробувань 
80 
 
3. Експеримент по визначенню залежності коефіцієнта поверхневого натягу 
оливи (σ) від часу обробки його ультразвуком (F=43 кГц, Р=50 Вт) показав: 
- для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40 при часі обробки від 0 до 
120 с σ практично не відрізняється від вихідного, після 120 с σ починає знижуватися, 
причому зниження обумовлено нагріванням оливи та визначається із залежності 4.1; 
- для напівсинтетичної «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 і синтетичної «ZIC 
X7 Diesel» 10W-40 олив істотне зниження σ обумовлено кавітацією, що 
спостерігається в діапазоні 20…60 с, при цьому подальше зниження σ починається 
після 120 с, що пов'язано з нагріванням оливи та визначається із залежностей 4.2-4.3. 
4. Експеримент з визначення залежності коефіцієнта поверхневого натягу 
оливи (σ) від частоти та потужності ультразвуку при обробці 90 с показав: 
- для мінеральної оливи «VAG Special E» 10W-40, незалежно від значень 
частоти та потужності сигналу, відхилення σ від вихідного, виміряного для оливи, 
неопрацьованого ультразвуком, не перевищує ±0,16%; 
- для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 при 
потужності сигналу 10 Вт відхилення σ від вихідного не перевищує 0,03 %, 
незалежно від частоти; 
- для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 при 
потужності сигналу від 25 Вт до 50 Вт відхилення σ від вихідного незначне для 
частоти сигналу 12 кГц, а при перевищенні частоти сигналу 12 кГц σ починає 
відчутно знижуватися і при частоті сигналу 17 кГц досягає мінімального значення, 
яке на 3,81 % менше вихідного, причому при обробці оливи ультразвуком із 
частотою 43 кГц значення σ практично дорівнює значенню при частоті сигналу 
17 кГц, причому це спостерігається і при потужності сигналу 30 Вт і при 50 Вт; 
- для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 при потужності сигналу 10 Вт 
відхилення σ від вихідного не перевищує 0,06 % незалежно від частоти; 
- для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 при потужності сигналу від 
25 Вт до 50 Вт відхилення коефіцієнта σ від вихідного незначне для частоти сигналу 
12 кГц, а при перевищенні частоти сигналу 12 кГц σ починає відчутно знижуватися і 
при частоті сигналу 17 кГц досягає мінімального значення, яке на 4,89 % менше 
вихідного, причому при обробці оливи ультразвуком із частотою 43 кГц 
81 
 
значення σ практично дорівнює значенню при частоті сигналу 17 кГц, причому це 
спостерігається і при потужності сигналу 30 Вт і при 50 Вт. 
5. Коефіцієнт поверхневого натягу повинен істотно змінюватися залежно від 
частоти для синтетичної оливи, що володіє більш високою в'язкістю, ніж для 
мінеральної, що має більш високу густину. На рис. 4.5 наведено незначну (0,3 %) 
зміну коефіцієнта поверхневого натягу мінеральної оливи «VAG Special E» 
SAE10W-40 при зміні частоти коливань у діапазоні 0…43 кГц. Водночас відхилення 
коефіцієнта поверхневого натягу синтетичної оливи "ZIC X7 Diesel" 10W-40 склало 
майже 5%. 
Збільшення потужності джерела ультразвуку з 30 Вт до 50 Вт не виявило 
істотного впливу на зміну коефіцієнта поверхневого натягу олив: для оливи «VAG 
Special E» SAE 10W-40 зниження склало 0,11 % (табл. 4.8), а для оливи "ZIC X7 
Diesel" 10W-40 – 0,06 % (табл. 4.10). Ймовірно, відсутність впливу потужності на 
зміну коефіцієнта поверхневого натягу пов'язано з досягненням межі його зміни. 
Таким чином, деякі положення запропонованої моделі впливу густини та в'язкості 
рідини на розрив її суцільності при акустичній кавітації були експериментально 
підтверджені. 
6. Експеримент з визначення часу збереження ефекту зниження коефіцієнта 
поверхневого натягу, отриманого внаслідок ультразвукової кавітації при обробці 
оливи ультразвуком показав: 
- для напівсинтетичної оливи «SHELL Helix HX7 Diesel» 10W-40 ефект 
зберігається протягом 56 годин; 
- для синтетичної оливи «ZIC X7 Diesel» 10W-40 ефект зберігається протягом 
72 годин. 
7. Експеримент по оцінці ефективності оригінального кавітаційного способу 
внесення дрібнодисперсних добавок у рідкі оливи показав, що виведена 
розрахунково-експериментальним методом залежність концентрації металу в 
суспензії від часу обробки навіть при невеликій потужності кавітаційного 
випромінювача (30 Вт) забезпечує інтенсивне внесення в оливу дрібнодисперсних 
часток, що дозволяє спростити процес внесення в оливи дрібнодисперсних 
82 
 
металевих і неметалевих матеріалів з метою зміни фізико-механічних і хімічних 
властивостей змащення. 
8. Експеримент з визначення залежності кінематичної в'язкості моторних олив 
від частоти ультразвуку при їх ультразвуковій обробці показує, що при 
ультразвуковій обробці мінеральної оливи (частота УЗ 12 кГц і 17 кГц, Т=23 °С і 
40 °С), в'язкість змінюється на 0,3 %. При ультразвуковій обробці синтетичної 
оливи (частота УЗ 12 кГц, Т=23 °С), в'язкість зменшується на 2,2 %. При 
ультразвуковій обробці синтетичної оливи (частота УЗ 12 кГц, Т 40°), в'язкість 
зменшується на 1,2 %. При ультразвуковій обробці синтетичної оливи (частота УЗ 
17 кГц, Т=23 °С), в'язкість зменшується на 8,2 %. При ультразвуковій обробці 
синтетичної оливи (частота 17 кГц Т=40 °С), в'язкість зменшується на 7,6 %. 
9. Досліди зразків пар тертя на машині тертя СМТ-1М показали: 
− при обробці оливи ультразвуком частотою 8 кГц предзадирне навантаження, 
коефіцієнт тертя, а також відповідне йому оптимальне навантаження не змінилися в 
порівнянні з дослідами з використанням оливи, необробленої ультразвуком; 
− при обробці оливи ультразвуком частотою 12 кГц предзадирне навантаження 
збільшується на 6,5 %, а коефіцієнт тертя зменшується на 3,6 %, при цьому 
відповідне йому оптимальне навантаження не змінюється в порівнянні з дослідами з 
використанням оливи, не обробленої ультразвуком. 
− при обробці оливи ультразвуком частотою 17 кГц предзадирне навантаження 
збільшується на 22,2 %, коефіцієнт тертя fmin зменшується на 13,1 %, а відповідне йому 
оптимальне навантаження збільшується на 12,5 % у порівнянні з дослідами з 
використанням оливи, не обробленої ультразвуком. 
10. Тривалі досліди на зношування зразків пар тертя на машині тертя СМТ-1М 
показали: показник фактора зношування при обробці змащування ультразвуком із 
частотою 17 кГц зменшується на 28 % у порівнянні з неопрацьованою ультразвуком 
оливою, що дозволило скорегувати формулу для визначення фактора зношування 
пар тертя при УЗ обробці синтетичної оливи і довести, що залежність показника 
фактора зношування від частоти ультразвуку при обробці синтетичної оливи 
ультразвуком із частотами в діапазоні від 0 до 44 кГц за формою повторює 
аналогічну залежність для коефіцієнта поверхневого натягу оливи. 
83 
 
ВИСНОВКИ 
 
1. Проаналізовані методи зниження зношування вузлів шляхом введення в 
оливи антифрикційних добавок. 
2. За допомогою розрахунково-експериментальних методів виведені 
аналітичні залежності коефіцієнта поверхневого натягу (σ) моторної оливи від його 
температури. 
3. Розроблено установки: для визначення коефіцієнта поверхневого натягу σ 
методом відриву кільця, для проведення триботехнічних дослідів на машині тертя 
при обробці моторної оливи ультразвуком. Стенд для дослідження зношування 
циліндропоршневої групи ДВЗ. 
4. Розроблена конструктивно-технологічна схема обладнання для періодичної 
ультразвукової обробки моторної оливи в системі змащування компресора. 
Проведені досліди на зношування показали, що при періодичній ультразвуковій 
обробці моторної оливи вагове зношування верхнього, нижнього компресійного та 
маслознімного поршневих кілець зменшується на 31 %, 28 % та 30 %, відповідно. 
5. Отримані математичні залежності дозволяють визначити взаємозв’язок між  
коефіцієнтом поверхневого натягу оливи та підвищенням температури. 
6. Отримані залежності, що описують вплив параметрів ультразвуку та часу 
обробки на фізико-механічні характеристики моторної оливи, а також залишкові 
ефекти в ньому, при цьому встановлено, що: 
- максимальне зниження (4,89 %) коефіцієнта поверхневого натягу σ для 
синтетичної моторної оливи при обробці ультразвуком протягом 90 с 
спостерігається при частоті ультразвуку від 17 кГц до 43 кГц і потужності сигналу 
від 25 Вт до 50 Вт; 
- при обробці напівсинтетичної та синтетичної моторної оливи ультразвуком 
із частотою 17 кГц при потужності сигналу 25 Вт істотне зниження σ 
спостерігається при обробці від 20 с до 60 с, при цьому подальше зниження σ 
починається після 120 с обробки, що пов'язано з нагріванням оливи від 
84 
 
випромінювача та підкоряється аналітичним залежностям поверхневого натягу 
оливи від його температури; 
- ефект зберігання результатів обробки оливи ультразвуком (зниження σ), для 
напівсинтетичної оливи спостерігається протягом 56 год., для синтетичної оливи – 
протягом 72 год. 
7. При тривалих дослідах на зношування зразків пар тертя на машині тертя 
СМТ-1М встановлено, що максимальне зменшення фактора зношування при 
обробці синтетичної оливи ультразвуком із частотою 17 кГц і потужністю 25 Вт 
склало 28 %, що дозволило скорегувати формулу визначення показника фактора 
зношування пар тертя при УЗ обробці олив. 
85 
 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ 
 
1. Лудченко О.А. Технічне обслуговування і ремонт автомобілів, організація і 
управління / О.А. Лудченко. – К. : Знання, 2004. – 478 с.  
2. Аулін В.В. Теоретичне обґрунтування методу і системи діагностування 
стану мобільної сільськогосподарської техніки / В.В. Аулін, А.В. Гриньків //Вісник 
Харківського нац. тех. ун-ту сільського госп. ім. П.Василенка. – 2015. – 163. – С.39.  
3. Закалов, О.В. Триботехніка і підвищення надійності машин [Текст]: О.В. 
Закалов. – Тернопіль: ТДТУ, 2000. – 354 с.  
4. Кондрачук, М.В. Трибологія /М.В. Кондрачук, В.Ф. Хабутель, М.І. Пашечко, 
Є.В. Корбут. – К.: Вид-во Національного Авіаційного університету «НАУ-друк», 2009. 
– 232 с.  
5. Ющенко К.А. Інженерія поверхні / К.А. Ющенко, Ю.С. Борисов, В.Д. 
Кузнєцов // К.:Наукова думка. – 2007. – 557с. 
6. Трибологія / М.В. Кіндрачук, В.Ф. Лабунець, М.І. Пашечко, Є.В. Корбут // 
К.:Вид-во Нац. авіац. ун-ту «НАУ-друк». – 2009. – 392с. 
7. Kotrechko S.A. Physical fundamentals of a local approach to analysis of brittle 
fracture of metals and alloys /S.A. Kotrechko, Y.А. Meshkov // Mater. Sci. – 2001. – 37, 
№.4. – P. 583 - 597. 
8. YvesPauleau B.C. Materials surface processing by directed energy tehniques 
/YvesPauleau // Europea materials research society series. – 2006. – 722p. 
9. Максименко О.П. Основи трибології: Навч. посібник / О.П. Максименко, 
О.Є. Лейко. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2005. – 192 с.  
10. Максименко О.П. Теорія і практика змащування металургійних машин: 
Навч. посібник / О.П. Максименко, В.В. Перемітько, В.М. Самохвал. – 
Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2007. – 224 с.  
11. Камель Г.І. Дослідження конічних трибо сполучень у промисловому 
транспорті: монографія / Г.І. Камель, В.В. Перемітько, А.В. Ершов, Р.А. Куліковський. 
– Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2013. – 313 с.  
12. Чернець М.В. Дослідження механізмів та триботехнічних систем /М.В. 
86 
 
Чернець, Ю.Ю. Скварок, М. Опеляк, Б.І. Кіндрацький. – Під заг. ред. М.В. Чернеця. – 
Дрогобич: Коло, 2003. – 440 с. 
13. Бурлака В. Сучасні тенденції на українському ринку нафти і нафтопродуктів 
/ В. Бурлака // Діловий вісник. – 2009. – № 4. – С. 14–15. 
14. Singh, Y. Tribological behavior as lubricant additive and physiochemical 
characterization of Jatropha oil blends. Friction, 2015. Vol 3(4). P. 320-332.  
15. Bzura, P. Influence of Lubricating Oil Improvers on Performance of Crankshaft 
Seals. Polish Maritime Research, 2018. 25 (s1), pp. 172-177.  
16. Al-Quraan, T.M.A. Influence evaluation of the rvs friction geomodifier on 
tribotechnical parameters of the contact in non-stationary working conditions. Tribology in 
Industry, 2020. 42 (1), pp. 121-130.  
17. Kontou, A., Taylor, R.I., Spikes, H.A. Effects of Dispersant and ZDDP Additives 
on Fretting Wear. Tribology Letters, 69 (1), 201. art. no. 6.  
18. Ahmadi H., Mollazade K. An oil condition monitoring technique to determine the 
optimal oil type and maintenance schedule. Structural Health Monitoring. 2009. Вип. 8 (4). 
С. 331-339.  
19. Liu S., Jing Y., Zhang T., Zhang J. et al. Excellent tribological and anticorrosion 
performances enabled by novel hollow graphite carbon nanosphere with controlled release of 
corrosion inhibitor. Chemical Engineering Journal, 2021. 412, art. no. 128648.  
20. Gulzar, M., Masjuki, H. H., Kalam, M. A. et. al. Tribological performance of 
nanoparticles as lubricating oil additives. Journal of Nanoparticle Research. 2016. Vol. 18 
(8). P. 1-25.  
21. Borda, F. L. G., de Oliveira, S. J. R., Lazaro, L. M. S. M., Leiróz, A. J. K. 
Experimental investigation of the tribological behavior of lubricants with additive containing 
copper nanoparticles. Tribology International. 2018. Vol. 117. P. 52-58.  
22. Faujdar, E., Singh, R.K. Methyl oleate derived multifunctional additive for polyol 
based lubricants. Wear, 2021. 466-467, art. no. 203550. 
23. Wu W., Liu J., Li Z., Zhao X. et. al. Surface-functionalized nano MOFs in oil for 
friction and wear reduction and antioxidation. Chemical Engineering Journal, 2021. 410, art. 
no. 128306.  
87 
 
24. Kohlhauser B., Vladu C.I., Gachot C., Mayrhofer P.H., Rodríguez Ripoll M. 
Reactive in-situ formation and self-assembly of MoS2 nanoflakes in carbon tribofilms for 
low friction. Materials and Design. 2021. 199р.  
25. Yu H.L., Yi X.U., Shi P.J. Xu B.S. et al. Tribological properties and lubricating 
mechanisms of Cu nanoparticles in lubricant. Transactions of Nonferrous Metals Society of 
China. 2008. Vol. 18 (3). P. 636-641.  
26. Luo, T., Wei, X., Huang, X., Huang, L. Tribological properties of Al2O3 
nanoparticles as lubricating oil additives. Ceramics International. 2014. Vol. 40(5). P. 7143-
7149.  
27. Wang K., Wu H., Wang H., Liu, Y. et al. Tribological properties of novel 
palygorskite nanoplatelets used as oil-based lubricant additives. Friction, 2021. 9 (2). pp. 
332-343.  
28. ДСТУ ГОСТ 33-2003 Нафтопродукти. Прозорі і непрозорі рідини. 
Визначення кінематичної в`язкості і розрахунок динамічної в`язкості.  
29. Mang, T., Kirsten, B., and Thorsten B. Industrial tribology: Tribosystems, friction, 
wear and surface engineering, lubrication. John Wiley & Sons, 2011. Р. 621.  
30. Mo Y., Wang J., Hong Y., Yang X., Lv J. Study on the Influence of Low-
Viscosity Engine Oil on Engine Friction and Vehicle Worldwide Harmonized Light Vehicles 
Test Cycle Fuel Economy. SAE Technical Papers, 2020. January.  
31. Wong V.W., Tung S.C. Overview of automotive engine friction and reduction 
trends-Effects of surface, material, and lubricant-additive technologies. Friction, 2016. 4 (1). 
Р. 58-69.  
32. Аулін В.В., Слонь В.В., Лисенко С.В. Характер зміни триботехнічних 
характеристик спряжень дизелів при їх роботі в різних режимах. Проблеми трибології. 
2013. №3. С.89-96. 
33. Syundyukov I.S., Ivanov, E.K., Skotnikova M. A., Qian J. D. et al. Tribotechnical 
Diagnostics of an Internal Combustion Engine According to the Condition of the Oil. In Key 
Engineering Materials, 2019. Vol. 822, pp. 649-655.  
34. Hrynkiv, A. Operational evaluation of motor oils of trucks by their thermal 
oxidative stability. Технологический аудит и резервы производства. 2019. № 3 (1). 
88 
 
С. 25-30.  
35. Zolper T., Li Z., Chen C., Jungk M. et al. Lubrication properties of polyalphaolefin 
and polysiloxane lubricants: Molecular structure-tribology relationships. Tribology Letters, 
2012. 48(3), 355-365.  
36. Dykha, A., Aulin, V., Makovkin, O., Posonskiy, S. Determining the characteristics 
of viscous friction in the sliding supports using the method of pendulum. EasternEuropean 
Journal of Enterprise Technologies, 2017. 3 (7-87), pp. 4-10.  
37. Baskov V., Ignatov A., Polotnyanschikov V. Assessing the influence of operating 
factors on the properties of engine oil and the environmental safety of internal combustion 
engine. Transportation Research Procedia, 2020. 50, pp. 37-43.  
38. Beheshti A., Huang Y., Ohno K., Blakey I., Stokes, J. R. Improving tribological 
properties of oil-based lubricants using hybrid colloidal additives. Tribology International. 
2020. Vol. 144. P. 106-130.  
39. Valis D., Zák L., Chaloupka, J. Prediction of vehicle further operation and fault 
based on tribo-diagnostic data. In 2014 IEEE International Conference on Industrial 
Engineering and Engineering Management (pp. 1166-1170).  
40. Radhika, P., Sobhan, C.B., Chakravorti, S. Improved tribological behavior of 
lubricating oil dispersed with hybrid nanoparticles of functionalized carbon spheres and 
graphene nano platelets. Applied Surface Science, 2021. 540 р. 
41. Wu, P., Chen, X., Zhang, C., Zhang, J. et al. Modified graphene as novel 
lubricating additive with high dispersion stability in oil. Friction, 2021. 9 (1), pp. 143-154. 
42. Ilie, F., Covaliu, C. Tribological properties of the lubricant containing titanium 
dioxide nanoparticles as an additive. Lubricants. 2016. Вип. 4 (2). С. 12-19.  
43. Johnson B., Wu H., Desanker M., Pickens D. et al. Direct Formation of Lubricious 
and Wear-Protective Carbon Films from Phosphorus-and Sulfur-Free Oil-Soluble Additives. 
Tribology Letters. 2018. Вип. 66 (1), 2. P. 57-68. 
44. Wang Q., Wang L., Zhao S.-L., Meng Z. Experimental study on the suspension 
stability and tribological properties of nano-copper in LCKD-320 lubricating oil. Applied 
Nanoscience, 2021. 11 (1), pp. 45-54.  
45. Akiyama M. Spherical bubble collapse in uniformly subcooled liquids. Bulletin 
89 
 
of JSME, The Japan Society of Mechanical Engineers, 2005, vol.8, n.32, 683-694. 
46. Gaidar, S.M. Laboratory study of tribological characteristics of innovative 
lubricant coolants /S.M. Gaidar, A.V. Pydrin, M.Y. Karelina, M.S. Gaidar, A.V. 
Sukhodolya //Materials Science Forum. 2020. T. 992 MSF. C. 590-597. 
47. Floris F.M. Modeling the Cavitation Free Energy // The Jornal of Physical 
Chemistry 109 (50), B2005, 24061-24070. 
48. Hickling R. Some physical effects of cavity collapse in liquids. Transaction of 
the ASME, ser.D, Jornal of Basic Engineering, 2006, vol.88,n.1, 229-235. 
49. Probing the effect of thickener on tribological properties of lubricating greases 
/Fan X., Li h. and tct. // Tribology International. - 2018. - Vol. 118. - P.128-139. 
50. A.A. Simdiankin and M.N. Slyusarev. Study of the Influence of the Parametres 
of Ultrasonic Treament of Motor Oil on the Wear of Friction Paris during the Burn-In 
Period. /Jornal of Friction and Wear, 2019 Vol. 40, No. 4, pp. 368-373.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
