Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 9
1.1 Загрязненность рабочих жидкостей гидравлических систем машин, эксплуатирующихся в сельскохозяйственном производстве 9
1.2 Влияние загрязненности рабочих жидкостей на работу гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин 15
1.3 Современные методы очистки жидкостей в технике 21
1.4 Конструкции устройств для очистки рабочих жидкостей 25
1.5 Фильтрационные материалы для очистки рабочих жидкостей 29
1.6 Выводы по главе и постановка задач 40
2. Теоретические основы создания фильтроэлементов из пористых полимерных материалов для очистки гидравлических масел 43
2.1 Критерии оценки эффективности использования фильтрационных материалов 43
2.2 Кинетика процессов накопления загрязнений в рабочей жидкости и ее очистки в гидравлической системе 53
2.3Физическая модель процесса фильтрования рабочей жидкости через пористый полимерный материал 56
2.4 Закономерности фильтрования рабочей жидкости через цилиндрические фильтроэлементы из полимерных материалов с пористой глобулярной структурой 63
2.5 Особенности фильтрования рабочей жидкости через пакетированный фильтроэлемент чечевично-дискового типа 72
2.6 Выводы по главе 79
3. Обоснование методик экспериментальных исследований 81
3.1 Методика исследования загрязненности рабочих жидкостей гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин 81
3.2 Методики лабораторных исследований фильтрационных материалов 86
3.3 Методика исследований опытных образцов фильтроэлементов 92
3.4 Методика определения эффективности очистки рабочих жидкостей фильтрационным материалом с использованием закона Вейбулла-Гнеденко 94
3.5 Выводы по главе 97
4. Результаты экспериментальных исследований 99
4.1 Загрязненность рабочих жидкостей гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин 99
4.2 Оценка физико-химических свойств и эксплуатационных показателей фильтрационных материалов на основе ПГС-полимеров 112
4.3 Комплексная оценка показателей качества фильтрационных материалов для очистки рабочих жидкостей гидравлических систем 121
4.4 Выводы по главе 123
5. Внедрение результатов работы и оценка ее экономической эффективности 125
5.1 Проектирование двухступенчатых фильтрующих элементов фильтров для очистки рабочих жидкостей гидравлических систем 125
5.2 Результаты эксплуатационных испытаний фильтров с двухступенчатыми фильтрующими элементами 128
5.3 Оценка экономической эффективности применения фильтров для очистки рабочих жидкостей с двухступенчатыми фильтрующими
элементами 130
5.4 Выводы по главе 131
Общие выводы 133
Литература
- Влияние загрязненности рабочих жидкостей на работу гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин
- Кинетика процессов накопления загрязнений в рабочей жидкости и ее очистки в гидравлической системе
- Методики лабораторных исследований фильтрационных материалов
- Оценка физико-химических свойств и эксплуатационных показателей фильтрационных материалов на основе ПГС-полимеров
Введение к работе
На современном этапе развития агропромышленного комплекса добиться рентабельности сельскохозяйственного производства можно только при высокоэффективном использовании техники. Однако следует учитывать, что в настоящее время большинство сельскохозяйственных предприятий находится в сложной экономической ситуации, в связи с чем их машинно-тракторный парк практически не обновляется. Поэтому эффективность проведения сельскохозяйственных работ зависит от технического состояния имеющейся в наличии сельскохозяйственной техники, работоспособности ее узлов и агрегатов, среди которых важную роль играет гидрооборудование.
Гидравлические приводы получили широкое распространение в различных областях техники, в том числе и для обеспечения функционирования рабочих органов сельскохозяйственных машин. Преимуществами гидравлических приводов являются более низкие энергетические затраты по сравнению с другими типами приводов, возможность передачи значительных усилий с высоким передаточным отношением, обеспечение бесступенчатой работы, снижение инерционности системы, уменьшение массы и габаритных размеров агрегатов, упрощение их конструкции, достаточно надежная защита от перегрузок и т.п.
В то же время сложность конструкции гидравлических приводов обуславливает повышенные требования к эксплуатационным показателям масел, используемых в качестве рабочих жидкостей гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин, от чего зависит в значительной степени надежность гидравлического привода и работоспособность машины в целом. Важным показателем качества рабочих жидкостей является их чистота, однако этот показатель может существенно снижаться в процессе использования рабочей жидкости по прямому назначению, то есть при функционировании гидравлической системы во время эксплуатации сельскохозяйственной техники. Это приводит к интенсивному износу деталей гидромашин (гидронасосов, гидромоторов, гидроцилин дров), а также распределительных и регулирующих устройств, к забивке фильтров, засорению или зависанию клапанов.
Для повышения долговечности и безотказности агрегатов гидравлического привода за счет обеспечения чистоты рабочих жидкостей осуществляют ряд мероприятий профилактического и восстановительного характера. Профилактические мероприятия могут носить предупредительный характер, т.е. предотвращать попадание загрязнений в рабочую жидкость, и подготовительный, который заключается в очистке рабочей жидкости от загрязнений перед ее заливом в гидравлическую систему. Восстановительные мероприятия предусматривают очистку рабочей жидкости непосредственно в гидравлических системах в процессе эксплуатации сельскохозяйственных машин.
Профилактические мероприятия играют важную роль в обеспечении чистоты рабочих жидкостей, поскольку в процессе нефтескладских, транспортных и заправочных операций загрязненность этих жидкостей может существенно возрасти. Это происходит за счет контактирования рабочей жидкости с запыленным и влажным атмосферным воздухом, коррозии внутренних поверхностей неф-тескладского и транспортного оборудования, некачественной зачистки этого оборудования от отложений перед заливом в него рабочей жидкости и т.п. Устранение указанных причин попадания в рабочие жидкости загрязнений относится к мероприятиям предупредительного характера, которые способны значительно снизить загрязненность рабочих жидкостей путем установки на складских и транспортных емкостях воздушных фильтров и влагоотделителей, применения при изготовлении этих емкостей внутренних антикоррозионных покрытий или использования корозионностойких материалов, регулярной зачистки и промывки складских резервуаров и трубопроводов, транспортных цистерн и расходной тары. Однако эти мероприятия, снижая загрязненность рабочих жидкостей, не в состоянии полностью ее устранить. Подготовительные мероприятия включают в себя очистку рабочих жидкостей различными методами в силовых полях (гравитационном, центробежном, электрическом, магнитном и т.п.) и с помощью пористых перегородок (путем фильтрования). На практике в сфере сельскохозяйст венного производства используются очистка рабочих жидкостей от загрязнений в гравитационном поле (отстаивание) и фильтрование жидкостей через пористые перегородки из различных материалов, другие методы очистки жидкостей на подготовительном этапе не получили распространения. Максимальная эффективность профилактических мероприятий достигается путем комплексного использования предупредительных и подготовительных методов. Однако даже при высокой эффективности профилактических мероприятий они не в состоянии обеспечить необходимый уровень чистоты рабочих жидкостей в процессе эксплуатации гидравлических систем из-за образования при работе гидроагрегатов или попадания в систему извне загрязнений различного характера. В связи с этим широкое распространение получили восстановительные мероприятия, заключающиеся в постоянной или периодической очистке рабочей жидкости в гидравлической системе во время работы этой системы. Для очистки рабочих жидкостей в гидравлических системах могут применяться такие методы, как центрифугирование, магнитная очистка, электроочистка, фильтрование через пористые перегородки, а также комбинации этих методов. Выбор типа очистителя зависит, в первую очередь, от конструкции гидравлической системы и условий ее эксплуатации, однако на современном этапе повсеместное распространение для очистки рабочих жидкостей получили фильтры, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с другими средствами очистки жидкостей — простотой устройства, отсутствием потребности в посторонних источниках энергии, широким диапазоном рабочих давлений и температур. Эффективность работы фильтров практически не зависит от свойств частиц загрязнений, находящихся в очищаемой рабочей жидкости, и определяется только соотношением между размерами этих частиц и размерами пор фильтрующей перегородки, то есть функциональные характеристики фильтров непосредственно зависят от свойств фильтрующих материалов, используемых при очистке рабочих жидкостей.
Вопросам очистки нефтепродуктов методом фильтрования для повышения надежности техники посвящены работы В.И.Алешина, В.И. Барышева, Г.Ф. Большакова, Г.В. Борисовой, М.А. Григорьева, Ю.И. Дмитриева, В.П. Зезекало, Б.С. Квашнина, В.П. Коваленко, Г.П. Кичи, Ю.А Микипориса, Е.А. Пучина, А.С. Полякова, А.И.Руденко, К.В. Рыбакова, И.В. Титова, Э.И. Удлера, З.Л. Фин-келыптейна и многих других ученых. Особо следует отметить фундаментальные работы В.А. Жужикова [1],давшего подробный анализ процессов фильтрования различных жидкостей через пористые среды. В трудах перечисленных авторов и других работах содержатся результаты глубоких теоретических и экспериментальных исследований в рассматриваемой области. В указанных трудах подчеркивается, что для эффективной работы фильтров необходимо использовать высококачественные фильтрационные материалы, обеспечивающие высокую степень очистки жидкости при достаточно низком гидравлическом сопротивлении. Однако в настоящее время многие предприятия, выпускавшие достаточно эффективные фильтрационные материалы, прекратили их изготовление в связи с экономическими и организационными затруднениями. Это вынуждает зачастую использовать для укомплектования фильтров гидравлических систем фильтро-элементы зарубежного производства, а при изготовлении отечественных фильт-роэлементов применять импортные фильтрационные материалы, что значительно удорожает процесс очистки рабочих жидкостей.
В последнее время в данной области наметился определенный прогресс, так как некоторые отечественные производители занялись организацией выпуска фильтрационных материалов, как традиционных (бумага, картон и т.п.), так и альтернативных, ранее не применявшихся в гидравлических системах (главным образом пористых полимеров различного состава). Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности применения этих материалов для очистки рабочих жидкостей гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин является весьма актуальной задачей.
Целью работы является повышение эффективности процесса очистки рабочей жидкости в гидравлических системах тракторов и сельскохозяйственных машин.
Объектом исследования служат новые фильтрационные материалы отечественного производства с оптимальными технико-экономическими характеристиками для использования в фильтрах гидравлических систем.
Предметом исследования являются процессы тонкой очистки рабочих жидкостей в гидравлических системах тракторов и сельскохозяйственных машин с применением фильтроэлементов из новых фильтрационных материалов с пористой глобулярной структурой.
Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании уточненной классификации загрязнений в рабочих жидкостях и обобщенных критериев оценки фильтрационных материалов для очистки этих жидкостей, в разработке физико-математической модели процесса фильтрования рабочей жидкости через полимерные материалы с пористой глобулярной структурой , а также в экспериментальном подтверждении целесообразности использования новых фильтрационных материалов при создании фильтроэлементов для очистки рабочих жидкостей.
Практическая ценность работы состоит в разработке конструкции и создании типоразмерного ряда фильтроэлементов с требуемыми характеристиками для очистки фильтрованием рабочих жидкостей гидравлических систем и в разработке рекомендаций по их подбору и применению.
Влияние загрязненности рабочих жидкостей на работу гидравлических систем тракторов и сельскохозяйственных машин
Многие авторы отмечают, что загрязненность рабочих жидкостей значительно снижает надежность гидравлических систем и долговечность работы их агрегатов. Современные системы гидравлического привода и гидравлического управления включают узлы и агрегаты с прецизионными деталями, имеющими весьма малые диаметральные зазоры, что обуславливает высокую чувствительность сопряженных подвижных пар к наличию в рабочей жидкости твердых частиц.
В работе [14] отмечается, что, попадая в зазоры между поверхностями прецизионных деталей, твердые неорганические частицы, соизмеримые с этими зазорами, могут значительно увеличить усилия, прилагаемые для взаимного перемещения этих деталей, и одновременно вызвать абразивный износ трущихся поверхностей.
По мнению некоторых исследователей, абразивный износ, вызванный загрязненностью рабочих жидкостей, является основным фактором, снижающим ресурс гидравлических систем. Так, по данным [15] износ элементов гидравлических систем снижает их ресурс в 4,5-6 раз. Однако в других работах отмечается, что в рабочей жидкости находится много частиц загрязнений, размеры которых значительно меньше величины зазоров между сопряженными парами гидромашин, поэтому преобладающим видом износа является гидроабразивный износ вследствие соударения частиц с сопряженными поверхностями [16], [17]. Попадание частиц загрязнений в зазор между сопряженными подвижными деталями, например, между плунжером и гильзой золотникового устройства, может вызвать их заклинивание из-за взаимного перекоса и выход из строя гидравлического агрегата. Твердые частицы загрязнений способны также нарушать целостность смазывающей пленки, образуемой на поверхности деталей рабочей жидкостью, что повышает интенсивность износа этих деталей.
Твердые загрязнения могут полностью или частично закупоривать капиллярные каналы распределительных устройств и других узлов гидравлической системы, что замедляет и уменьшает поступление жидкости к рабочим органам, повышает гидравлическое сопротивление, приводит к снижению быстродействия системы и к сбоям в ее работе. При полной закупорке каналов гидравлическая система выходит из строя.
В работе [42] отмечается, что загрязненность рабочей жидкости оказывает существенное влияние на работоспособность распределительных устройств и является причиной более 50% их отказов. Попадание загрязнений в зазоры золотниковых пар или под седло клапанов приводит к резкому увеличению внутренних утечек в гидрораспределителе. Повышение загрязненности рабочей жидкости увеличивает усилие страгивания золотникового устройства и может привести к его заклиниванию.
Частицы загрязнений в рабочей жидкости являются основной причиной преждевременного снижения коэффициента полезного действия насосов вследствие абразивного износа их деталей. Исследования ряда ученых показали, что имеется прямая зависимость между размерами частиц и интенсивностью снижения коэффициента полезного действия [16], [17], [18]. На рис. 1.3 показана зависимость изменения объемного коэффициента полезного действия гидронасоса от времени наработки при перекачке рабочей жидкости с различной степенью загрязненности [44]. Из графика видно, что наличие в рабочей жидкости частиц с размерами 20-30 мкм уменьшает за 5 часов коэффициент полезного действия насоса на 40%. У аксиально-поршневых и плунжерных насосов интенсивный износ наблюдается на торцевом распределителе и в цилиндропоршневой группе, а у шестеренных насосов - на торцевых поверхностях, в подшипниках и в прижимных втулках шестерен.
При истечении с большой скоростью содержащей твердые частицы рабочей жидкости из калиброванных распределительных отверстий наблюдается гидроабразивный износ кромок этих отверстий, что искажает их первоначальную конфигурацию и изменяет расход протекающей через них жидкости; это приводит к отклонениям от заданного режима работы гидравлической системы, изменению ее расчетных параметров и рассогласованиям в работе ее элементов. В работе [57,ч.3,4] рассматриваются основные неисправности гидропривода механизмов управления рабочими органами сельскохозяйственных машин, связанные с загрязненностью рабочей жидкости.
Медленное перемещение или полная остановка рабочего органа может быть вызвана зависанием перепускного клапана или неполным его прилеганием к гнезду из-за попадания частиц загрязнений, засорением замедлительнного клапана штуцера силового цилиндра или предохранительного клапана распределителя, абразивным износом уплотнительных колец насоса. Замедленное перемещение штока одного из цилиндров и самопроизвольное опускания орудия связано с абразивным износом золотниковой пары распределителя. Если рабочий орган не удерживается в верхнем положении, причиной этого является износ уплотнителя поршня силового цилиндра или золотников распределителя. Неустойчивая работа мотовила и гидроцилиндра барабанов комбайна вызывается износом манжеты вала насоса. Шум при работе гидропривода может возникнуть при загрязнении магистрального или всасывающего фильтров насоса, а также при автоколебаниях перепускного и предохранительного клапанов, связанных с абразивным износом их рабочих элементов
Кинетика процессов накопления загрязнений в рабочей жидкости и ее очистки в гидравлической системе
Попадание загрязнений в рабочую жидкость, используемую в гидравлических системах тракторов и сельскохозяйственных машин, происходит за счет первоначального ее загрязнения (при заправке и дозаправке системы), а также попадает извне, при контакте рабочей жидкости с атмосферным воздухом через дренажные устройства и т.п., и генерируется за счет продуктов, образующихся в гидравлической системе в процессе ее эксплуатации (при износе сопряженных деталей, при физико-химических превращениях углеводородов рабочей жидкости и т.п.).
При рассмотрении процессов загрязнения и очистки рабочей жидкости сделаем ряд допущений: загрязнения в рабочей жидкости распределены равномерно по всему объему гидравлической системы; количество рабочей жидкости в гидравлической системе поддерживается постоянным благодаря доливу рабочей жидкости в систему; поступление загрязнений в гидравлическую систему в процессе ее эксплуатации происходит равномерно.
Тогда изменение концентрации загрязнений в рабочей жидкости при отсутствии ее очистки в процессе эксплуатации гидравлической системы можно описать уравнением материального баланса: - -= а \ , (2.22) dT Vac + (qfl-qn)r где с - текущая концентрация загрязнений в рабочей жидкости, г/м3, в момент времени т; а - скорость поступления загрязнений в рабочую жидкость из внешних и внутренних источников, г/с; Уж-начальный объем жидкости в гидравлической системе, м3; сд - интенсивность поступления рабочей жидкости в гидравли-ческую систему, за счет долива, м /с; qn - интенсивность потерь рабочей жидкости из гидравлической системы за счет утечек, испарений и т.п., м3/с; сн - на чальная концентрация загрязнений в рабочей жидкости, г/м , т - продолжительность работы гидравлической системы, с.
Интенсивность накопления загрязнений в рабочей жидкости можно снизить, установив в гидравлической системе устройство очистки рабочей жидкости из числа рассмотренных в разделе 1.4. Тогда уравнение материального баланса можно представить в виде: dc. q.-c.-Q,- ( dr V,+(q,-q„) где Q04 - пропускная способность очистителя, м /с; ср - коэффициент полноты очистки.
На основании анализа кинетики рассматриваемого процесса выбираем пределы интегрирования: при т = 0 с = сн; при т = Тр с = ск, где Тр - продолжительность работы очистителя до его технического обслуживания (ресурс работы), с; ск - конечная концентрация загрязнений в рабочей жидкости, соответствующая предельно допустимому значению этого показателя при эксплуатации гидравлической системы, г/м .
Решив дифференциальное уравнение (2.23), получим: с_а+дд-дп-с,. a(qn-Q04-ff)cK 1 Выражение (2.24) дает возможность определить количество загрязнений, задержанных очистителем за промежуток времени т: АОт={[Уж + (Чд-Чп)г]с+ат}р. (2.25)
Ввиду того, что в гидравлических системах тракторов и сельскохозяйственных машин в качестве устройств для очистки рабочей жидкости используются, как правило, фильтры, выражение (2.25) характеризует кинетику процесса задержки загрязнений фильтроэлементом, установленным в фильтре гидравлической системы. Важной эксплуатационной характеристикой фильтроэлемента яв ляется его ресурсная характеристика, о которой можно судить по максимальной грязеемкости фильтроэлемента за период тр, т.е. за цикл работы фильтра до очередного технического обслуживания (замены или регенерации его фильтроэлемента). Требуемая максимальная грязеемкость фильтроэлемента равна: AGm„ =[Уж + (Чд-Чп)гр] + а.гр} . (2.26)
Ресурс фильтроэлемента тр представляет собой продолжительность его работы от начального до заданного (предельно допустимого) сопротивления, которое, в свою очередь, определяется критическим перепадом давления на фильт-роэлементе. Ранее величина критического перепада давления назначалась, исходя из прочностных показателей фильтрационного материала, однако в настоящее время работами А.С. Полякова с соавторами [62, 63] установлено, что по мере насыщения порового пространства фильтрационного материала загрязнениями поровая скорость потока (истинная скорость рабочей жидкости в порах) достигает критического значения, при котором ранее осевшие в порах частицы загрязнений выносятся потоком рабочей жидкости из пористой перегородки. Перепад давления на фильтроэлементе будет при этом меньше, чем значение этого показателя, выбираемого из условия прочности фильтрационного материала. Очевидно, именно перепад давления на фильтроэлементе, при котором начинается вымывание из него загрязнений, следует считать критическим, т.е. предельно допустимым.
Таким образом, грязеемкость фильтрационного материала определяется объемом загрязнений, задержанных этим материалом за промежуток времени, в течение которого перепад давления на фильтроэлементе изменится от первоначального значения этого показателя до его предельно допустимого значения. Приведенные зависимости наглядно иллюстрируют механизм рассматриваемых процессов, но использование выражения (2.26) для определения ресурса работы фильтроэлемента осложняется отсутствием достоверных данных о скорости поступления загрязнений в рабочую жидкость и трудностью получения таких данных экспериментальным путем.
Методики лабораторных исследований фильтрационных материалов
Гранулометрический состав загрязнений в рабочих жидкостях изменяется, причем, чем в более широких пределах, тем больше требуется обрабатывать проб для определения гранулометрического состава. Мерой изменчивости гранулометрического состава является коэффициент вариации: W-lOOG/d , (3.3) где G - среднеквадратичное отклонение; d - средний диаметр частиц. Расчёт необходимого количества проб для определения гранулометрического состава загрязнений с относительной ошибкой 10% и доверительной вероятностью 0,9 производился по методике, изложенной в работе [54].
Средний диаметр частиц определялся по формуле: n m d-ZnA/Zn, (3.4) m где П; - число частиц в і-том интервале размеров, Zn " бщее число частиц; т І=І число интервалов размеров.
Методики количественного определения содержания воды в нефтепродуктах подразделяются на химические, электрохимические, физико-химические, физические, оптические и др.
В лабораторной практике широкое распространение получили химические методы, которые основаны на изменении какого - либо параметра при протекании химической реакции с участием содержащейся в нефтепродуктах воды (объём выделившегося газа, количество израсходованного реактива, количество выделившегося тепла и т.п.). Наиболее распространённым из этих методов является кулонометрический метод определения содержания воды (метод Фишера) по ГОСТ 14870. В данной работе определение содержания воды проводилось усовершенствованным методом Фишера.
Требуемое количество анализов определялось по доверительной вероятности при допустимой ошибке измерений. Как и для большинства измерений подобного рода, оценка необходимого числа анализов проводилась по доверительной вероятности а = 0,95 при допустимой ошибке (3 = 10-20 %, соответствующей принятым методам измерений в соответствии с ГОСТ 8287.
Поскольку помимо механических частиц и воды к загрязнениям рабочей жидкости относятся продукты окисления и полимеризации, входящих в ее состав углеводородов, для их индентефикации использовался метод инфракрасной спектроскопии. Применялся ИК-спектрометр Specord М-80 с двухлучевой схемой, сопряжений с IBM PC, используемой для обработки и документирования полученных данных.
Образцы для спектрометрии приготавливались в виде 10%(объемн.) раствора рабочей жидкости в четыреххлористом углероде СС14. Раствор заливался в кювету, изготовленную из поваренной соли НС1, слоем 0,6 мм; в контрольную кювету заливается таким же слоем чистый четыреххлористый углерод.
При спектральном анализе рабочих жидкостей гидравлических систем представляют интерес характеристические полосы 1700-1720 см"1, соответствующие продуктам окисления углеводородов (валентные колебания С=0); 980-990 см"1 и 1600-1650 см"1 соответствующие продуктам полимеризации углеводородов, т. е полимерам (-СН=СН-)п.Наличие этих полос на спектрограмме свидетельствует о присутствии в рабочей жидкости указанных углеводородных загрязнений. 3.2 Методики лабораторных исследований фильтрационных материалов
Требования к фильтрационным материалам изложены в ГОСТ Р 50552. Показатели качества фильтрационных материалов, предназначенных для использования в средствах очистки рабочих жидкостей, приведены в разделе 2.1.
Нами исследовались следующие эксплуатационные свойства фильтрационных материалов: - гидравлическая характеристика; - тонкость и полнота очистки рабочих жидкостей от твердых частиц загрязнений; - эффективность очистки рабочих жидкостей от свободной воды; - стойкость фильтрационных материалов к вымываемости компонентов и их совместимость с очищаемыми маслами.
Исследования по определению перечисленных эксплуатационных свойств проводились на установке, принципиальная схема которой представлена на рисунке. 3.3.
Гидравлическая характеристика, представляющая собой зависимость перепада давления на фильтрационном материале от расхода жидкости, опре деляется при ступенчатом изменении давления сжатого газа с приращением давления на 0,01 МПа.
При каждом значении давления определяется удельная пропускная способность испытуемых материалов по формуле: q = V/tS, (3.5) где q - удельная пропускная способность, м/с; V — объем жидкости, прошедшего через испытуемый материал, м3; t - время прохождения жидкости через фильт-рационный материал, с; S - площадь образца материала, м .
После определения удельной пропускной способности не менее чем при шести значениях давления в бачке установки строится гидравлическая характеристика, в виде зависимости q = f(P), (3.6) где Р - давление в бачке установки, МПа.
Номинальная тонкость фильтрования определялась на основе сравнения дисперсного состава и счетной концентрации загрязнений до и после образца фильтрационного материала.
Рабочая жидкость загрязнялась кварцевой пылью с удельной поверхностью $ул 5600 см7г ГОСТ 8002 до достижения концентрации 0,093% по массе. Дисперсный состав пыли приведен в таблице 3.1.
При испытаниях пробы жидкости отбирались в предварительно промытые и просушенные емкости с пробками. Отобранная жидкость перемешивалась при помощи электромагнитной мешалки ММ-ЗМ.
Тонкость фильтрования характеризует размер частиц загрязнений, пропускаемых фильтрационным материалом при прохождении через него загрязненной рабочей жидкости. Этот показатель оценивается тремя взаимосвязанными параметрами: абсолютной тонкостью фильтрования, определяемой по максимальному размеру пропускаемых частиц загрязнений; номинальной тонкостью фильтрования, определяемой по минимальному размеру частиц загрязнений, для которых коэффициент отфильтровывания имеет значение не менее 0,95; коэффициентом отфильтровывания, характеризующим уменьшение количества частиц загрязнений определенного размера в рабочей жидкости при однократном его прохождении через материал.
Коэффициент отфильтровывания для каждого интервала размеров частиц загрязнителя находится по формуле: ФІ=1-ПІ2/ПИ, (3.7) где ф; - коэффициент отфильтрования частиц в і-ом интервале размеровщп и ni2 -количество частиц в і-ом интервале размеров соответственно до и после фильтрационного материала.
Определение количества частиц по интервалам размеров производилось при помощи аппаратно-программного комплекса.
Оценка физико-химических свойств и эксплуатационных показателей фильтрационных материалов на основе ПГС-полимеров
При исследовании фильтрационных материалов на основе ПГС -полимеров сделана попытка проведения их комплексной оценки в соответствии с положениями, изложенными в разделе 2.1.
Из числа показателей, приведенных в таблице 1.3, прочностные и контактные показатели не требуют включения в комплексный критерий оценки качества фильтрационных материалов, т.к. зависят только от эксплуатационных параметров гидравлической системы и от физико-химических свойств рабочей жидкости, используемой в этой системе.
Прочностные свойства фильтрационных материалов определялись путем нахождения величины предельных разрушающих нагрузок при растяжении на вертикальной разрывной динамометрической машине и при сжатии на механическом прессе. Испытания на растяжение и сжатие проводились на трех жестких образцах ПГС - полимеров толщиной 5 мм, изготовленных на основе различных полимерообразующих композиций — резорцина с формальдегидом, карбамида с формальдегидом и стирола с дивинилбензолом. Результаты испытаний приведены в таблице 4.13.
Приведенные в таблице 4.13 данные показывают, что прочность фильтрационных материалов на основе ПГС-полимеров вполне удовлетворяет условиям эксплуатации гидравлических систем сельскохозяйственных машин, где в аварийных ситуациях материал может испытывать разрывные нагрузки величиной до 8 - 14 МПа.
Совместимость рабочих жидкостей гидравлических систем с фильтрационными материалами на основе ПГС-полимеров исследовалась путем взаимодействия жидкостей с образцами ПГС-полимеров в течение 7 и 14 суток с проведением последующей инфракрасной спектроскопии образцов рабочей жидкости. Полученные ИК-спектры приведены на рисунках 4.4 - 4.5.
Рассматривая результаты проведенных исследований можно отметить, что у проб исходной рабочей жидкости И - 20А и у проб этой жидкости после контакта с ПГС - полимером различия в спектрах не наблюдается, спектры практически идентичны. В пробах масла М - 8В2 после контакта с ПГС-полимером наблюдается незначительное изменение спектров в диапазонах длин волн 1400 - 1370 см"1 , что связано, очевидно, с присутствием в исходном масле следов воды.
Исследование образцов фильтрационных материалов на основе ПГС -полимеров после их контактирования с рабочими жидкостями показало, что изменения их массы не произошло,(увеличение массы составило в среднем 0,03%, что находится в пределах точности эксперимента).
Удельная разрушающая нагрузка при растяжении и сжатии этих образцов так же не изменилась.
Таким образом, по результатам спектрографических исследований можно сделать вывод, что фильтрационные материалы на основе ПГС - полимеров не оказывают влияния на физико-химические показатели рабочих жидкостей гидравлических систем и моторных масел, применяющихся в качестве таких жидкостей при эксплуатации сельскохозяйственной техники. Воздействие указанных жидкостей на массу и прочностные показатели фильтрационных материалов также не наблюдается.
Проведенные исследования показали, что фильтрационные материалы на основе ПГС - полимеров совместимы с рабочими жидкостями и могут использоваться для очистки этих жидкостей в гидравлических системах сельскохозяйственной техники.
Гидравлическая характеристика образцов ПГС - полимеров толщиной 5 мм представлена на рисунке 4.6, а данные о их удельной пропускной способности и воздухопроницаемости — в таблице 4.14.
Примечание: удельная пропускная способность определялась при перепаде давления 0,05 МПа, воздухопроницаемость - при перепаде давления 0,0001 МПа.
