Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1 Применение и контроль состояния моторных масел дорожных и строительных машин 9
1.2 Анализ теоретических и экспериментальных исследований общих закономерностей старения масел в процессе эксплуатации СДМ 13
1.3 Анализ исследований улучшения трибологических свойств моторных масел методом их активации 20
1.4 Лабораторно - стендовое оборудование и методы оценки трибологических свойств масел 24
Выводы к главе 44
2. Разработка трибологического стенда и методики трибологических испытаний масел 45
2.1. Разработка автоматизированного трибологического стенда 45
2.1.1 Принципы построения и задачи автоматизированного трибологического стенда 45
2.1.2 Система нагружения образцов 49
2.1.3 Привод главного движения контртела 53
2.1.4 Система циркуляции, терморегуляции и фильтрации смазочной среды 56
2.1.5 Система управления и принцип работы 58
2.2. Методика трибологических испытаний смазочных масел 66
Выводы к главе 71
3. Исследование трибологических характеристик масел 72
3.1 Методика экспериментальных исследований 72
3.1.1 Объекты исследования 72
3.1.2 Методика проведения эксплуатационных испытаний 72
3.1.3 Планирование эксперимента 73
3.2 Исследование изменения трибологических показателей масел в процессе эксплуатации машин 76
3.3 Результаты исследования изменения физико - химических показателей смазочных материалов в процессе эксплуатации машин 84
3.4 Результаты лабораторных исследований влияния основных физико -химических показателей на трибохарактеристики масел 89
3.5 Разработка математической модели трибопоказателей масел 96
Выводы к главе 101
4. Исследование влияния металлосодержащих присадок на трибологические свойства моторных масел ДСМ 103
4.1 Исследование влияния модификаторов трения на основе УДП мягких металлов на антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства масла 103
4.2 Определение оптимальной концентрации УДП меди в присадке «Гарант-М» к моторным маслам 111
4.3 Исследование изменения антифрикционных и противозадирных свойств работающих моторных масел при добавлении присадки «Гарант - М» 116
Выводы к главе 122
5. Разработка трибологического метода комплексного контроля свойств моторных масел 123
5.1 Определение трибопоказателей предельного состояния моторных масел 123
5.2 Методика восстановления смазочных свойств моторных масел введением противоизносной присадки «Гарант - М» 131
Выводы к главе 135
Заключение 136
Литература 138
Приложения 149
- Анализ исследований улучшения трибологических свойств моторных масел методом их активации
- Принципы построения и задачи автоматизированного трибологического стенда
- Исследование изменения трибологических показателей масел в процессе эксплуатации машин
- Определение оптимальной концентрации УДП меди в присадке «Гарант-М» к моторным маслам
Введение к работе
Современные темпы роста экономики и развития промышленного производства ведут к интенсификации использования техники и ужесточают требования к повышению её надежности и долговечности с минимизацией затрат на эксплуатационные расходы. Практически на всех строительных объектах с большим объемом землеройно - транспортных работ наиболее эффективным является применение строительных и дорожных машин большой единичной мощности (свыше 200 кВт). Решение проблемы долговечности распространяется, в первую очередь, на этот класс машин, поскольку их эксплуатационная надежность в настоящее время недостаточно высока. Практика показывает, что ресурс силовых агрегатов дорожных и строительных машин зачастую значительно меньше номинального ресурса, установленного заводом - изготовителем. Одной из причин этого является отсутствие эффективных методов оценки и контроля состояния агрегатов, позволяющих предупреждать появление неисправностей или устранять их на стадии возникновения.
Поскольку моторное масло принято рассматривать как элемент конструкции двигателей дорожных и строительных машин, следовательно, одним из основных условий безотказной и долговечной работы двигателя является обеспечение стабильного качества моторного масла на протяжении всего периода эксплуатации машины.
Недостатком используемых в лабораториях контроля масел крупных автотранспортных предприятий стандартных методов оценки состояния моторных масел, основанных на анализе их физико - химических характеристик, является отсутствие возможности получения информации о смазочных и противоизносных свойствах масла, изменение которых может не коррелировать с изменением физико - химических характеристик.
Кроме того, иногда работающее масло имеет значительно лучшие смазочные свойства по сравнению со свежим. Наиболее прогрессивным способом контроля состояния системы «ДВС - масло» является анализ информации, заключенной в работающем масле, методом эмиссионно -спектрального анализа (ЭСАМ), дополненный результатами определения физико - химических характеристик. Данная методика позволяет с достаточной достоверностью судить об интенсивности изнашивания деталей ДВС, эффективности системы очистки масла и воздушных фильтров, а также прогнозировать остаточный ресурс двигателя. Однако, данная методика рассматривает масло как носитель информации о процессах, происходящих в ДВС и не позволяет оценить состояние смазочных и противоизносных свойств масла и спрогнозировать его остаточный ресурс. В большинстве случаев, полученная с помощью таких методов, информация является лишь сигналом обратной связи, дающим представление о том, насколько качество масла обеспечивает требуемые показатели надежности системы «двигатель-масло».
Для управления надежностью системы «двигатель-масло» и обеспечения требуемого её качественного уровня необходимо дополнение существующих методов контроля качества масел в процессе эксплуатации дорожных и строительных машин контролем трибологических характеристик моторных масел. Недостаточная изученность возможностей трибодиагностики работающих моторных масел, отсутствие средств трибологического контроля и критериев оценки смазочных свойств моторных масел в зависимости от срока и режимов эксплуатации дорожных и строительных машин не позволяет использовать этот метод в лабораториях контроля масел автотранспортных предприятий, имеющих большой парк строительных и дорожных машин. Определение трибопоказателей предельного состояния моторного масла невозможно ввиду отсутствия математических моделей, описывающих изменение трибологических характеристик работающего масла в процессе эксплуатации. Поэтому разработка технических средств и методов трибологической оценки смазочных свойств моторных масел в процессе эксплуатации дорожных и строительных машин, повышение надежности и продление ресурса моторных масел введением антифрикционных и противоизносных присадок на основе ультрадисперсных порошков мягких металлов в режиме эксплуатации являются актуальными задачами.
Сложность при изучении условий работы масел в ДВС дорожно -строительных машин большой единичной мощности в эксплуатации заключается в ограниченном количестве этих машин в управлениях механизации, передвижных механизированных колоннах и других транспортных предприятиях. Особенностью СДМ большой единичной мощности является их внедорожная эксплуатация, которую можно сопоставить условиями эксплуатации карьерных автосамосвалов семейства БелАЗ. Поскольку значительная часть самоходных пневмоколесных скреперов имеет тягачи на базе автосамосвалов БелАЗ, а также двигатели, устанавливаемые на эти автосамосвалы, применяются в других СДМ, эксплуатационные исследования проводились на автосамосвалах БелАЗ различных модификаций.
Целью настоящей работы является повышение эксплуатационной надежности двигателей дорожных и строительных машин за счет разработки и внедрения технических средств и методики контроля трибологических свойств моторных масел в режимах входного контроля и эксплуатации, а также активации моторных масел путем введения антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок.
Научная новизна работы:
- Разработан автоматизированный комплекс, позволяющий оценивать трибологические свойства моторных масел в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации трибосопряжений узлов и агрегатов дорожных и строительных мшин;
- Предложенная методика оценки трибологических свойств смазочных масел и рабочих жидкостей дорожных и строительных машин в режимах входного контроля и эксплуатации позволяет оценивать антифрикционные, противоизносные свойства и несущую способность масла за один цикл испытаний;
- Разработана математическая модель изменения трибологических свойств моторного масла под влиянием изменения его физико -химических характеристик;
- Предложен комплекс мероприятий по повышению надежности моторных масел путем введения в них присадок на основе ультрадисперсных порошков мягких металлов;
- Новизна технических решений автоматизированного трибокомплекса подтверждена двумя патентами РФ на полезную модель (№ 32602, №43974).
Практическая ценность работы заключается:
- в создании автоматизированного трибокомплекса и методики контроля трибологических свойств моторных масел, позволяющих в условиях автотранспортных предприятий организовать входной и эксплуатационный контроль масел методами трибодиагностики;
- в разработке методики повышения надежности и продления срока эксплуатации моторных масел путем активации присадкой на основе УДП меди.
- в определении оптимального состава и концентрации присадки в моторном масле.
Разработанные трибологический комплекс и методика контроля трибологических свойств масел используются в лаборатории контроля топлив и масел ОАО «Томусинская автобаза» (г. Междуреченск). Трибологический комплекс используется ООО «фирма Техносинтез» при контроле качества производимой присадки к моторным маслам «Гарант-М».
Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на:
- международной научно - технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 2002 г.);
- международной научной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения» (Томск, 2002 г.);
- международном конгрессе «Механика и трибология транспортных систем - 2003» (Ростов-на-Дону, 2003 г.);
- научно-практической конференции-выставке с международным участием «ТРИБОТЕХ-2003» (г. Москва, 2003 г.);
- всероссийской научно - технической конференции «Транспортные системы Сибири» (г. Красноярск, 2004 г.).
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в 6 статьях и двух описаниях к патентам РФ на полезную модель.
Диссертация изложена на 148 страницах и состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 132 наименований и приложения.
Анализ исследований улучшения трибологических свойств моторных масел методом их активации
Одним из возможных путей увеличения ресурса и повышения надежности работы двигателя является снижение износа различных узлов и деталей двигателя за счет повышения противоизносных свойств моторного масла. Это может быть достигнуто путем введение в масла в малых концентрациях нерастворимых присадок, образующих устойчивые суспензии. Такие присадки, не изменяя объемных свойств масел, существенно влияют на их трибологические характеристики.
Одним из направлений улучшения существующих смазочных материалов по условию сопротивляемости заеданию пар трения является введение в масло различных поверхностно-активных веществ, в том числе жирных кислот. Этот метод основан на «эффекте Ребиндера» - явлении адсорбционного понижения прочности поверхностного слоя под воздействием поверхностно - активных веществ. В результате взаимодействия жидкой смазочной среды с твердой поверхностью при пластической деформации последней может происходить разупрочнение её поверхностного слоя глубиной до 0,1 мкм, вызванное адсорбцией активных молекул из смазочной среды на обнажающиеся при деформации ювенильные поверхности, что выражается в уменьшении микротвердости, предела текучести поверхностного слоя трения и оказывает влияние на износ и коэффициент трения [100, с.255].
Такой добавкой может являться олеиновая кислота. По данным работы [104], добавка олеиновой кислоты в количестве 1% повышает сопротивляемость заеданию на 50%. Однако, положительный эффект от добавления присадки находится в крайне узком диапазоне нагрузок 10-40 МПа. При больших диапазонах нагрузок смесь по антифрикционным свойствам становилась близкой к чистому маслу. Также возможен и побочный эффект, когда некоторые сочетания характеристик эксплуатационных параметров (температура, давление, скорость скольжения) могут вызвать нежелательные химические реакции или образовать коррозионно - активные продукты [102; 127].
В настоящее время разработка антифрикционных и противоизносных присадок производится по двум схемам [108, с. 130].
По первой схеме в смазочный материал вводят химически активные присадки, которые в режиме граничного трения образуют на поверхностях регенерируемые по мере изнашивания модифицированные слои с меньшим сопротивлением сдвигу, чем основной металл [19]. Трибологические свойства смазочных материалов значительно улучшаются при введении в них порошков мягких металлов, их оксидов или солей. Данному назначению отвечают высокодисперсные порошки меди, олова, свинца, цинка, бронзы, латуни, серебра, алюминия и сплавов на их основе. Действие этих добавок объясняется хорошей адгезионной способностью дисперсных частиц [17; 18; 36; 105]. Мелкодисперсная фракция за счет большой свободной поверхности улучшает смазочную и повышает срок действия смазочной пленки, что способствует повышению ресурса трибосопряжений.
Это проявляется в таких явлениях, как избирательный перенос, металлоплакирующий эффект, образование соединений меди со слоистой структурой, которые обладают высокими антифрикционными свойствами. Наилучший эффект наблюдается в условиях избирательного переноса, возникающего при трении в присутствии порошков меди или ее соединений и жирных кислот, выступающих в роли поверхностно-активных веществ. Взаимодействие смазочной среды с материалом в зоне деформации приводит к формированию диффузионного потока атомов по глубине зоны деформации. Избирательный перенос сопровождается анодным растворением компонентов с образованием сервовитной пленки, подвергающейся пластифицированию при контактном взаимодействии. При этом пленка способна продолжительное время не накапливать в себе линейных дефектов и не разрушаться от переупрочнения. Наблюдаются низкие (0,005-0,01) коэффициенты трения и повышенная износостойкость.
Если растворения меди не происходит и не наступает избирательного переноса, то реализуется эффект металлоплакирования с образованием пленки на поверхности трения, что также сказывается на улучшении триботехнических характеристик смазочного материала. Это, естественно, увеличивает ресурс работы подшипниковых узлов. Возможный механизм действия определяется снижением контактных напряжений в зоне контакта тел качения за счет увеличения фактической площади при заполнении медью микронеровностей, защитными свойствами пленки от водородного изнашивания и от разрушений под действием циклических нагрузок, приводящих к усталостному изнашиванию.
В работе [108] предлагается качестве твердых добавок нетрадиционные и малоизученные порошки анодных осадков и халькопирита. Их применение перспективно, так как в них содержится ряд мягких металлов (Си, А1) и их соединений. Введение этих порошков положительно сказывается на противоизносных и антифрикционных свойствах смазочного материала, поскольку в этом случае возможно проявление механизма избирательного переноса с образованием на контактирующих поверхностях металлоплакирующих пленок. По второй схеме в смазочный материал вносят твердые добавки: графит и дисульфид молибдена (MoS2)[106], нитрид бора (BN). Кроме этих веществ, в пластичные смазочные материалы могут вноситься сульфиды и селениды ряда металлов (WS2, TiS2, CdS, WSe2, TiSe2), другие соли мягких металлов и полимеры. В отдельных случаях используются слюда и асбест [11; 29; 99]].
Подобные добавки улучшают смазочную способность, увеличивают прочность смазочного слоя в нагруженной зоне контакта, повышают защитные свойства масла, снижают коэффициент трения и износ трибосопряжений. Порошкообразные добавки должны обладать высокой адгезией к металлическим поверхностям, хорошим смачиванием дисперсионной средой, высокой степенью чистоты продукта (98,5-99,5 %), высокой степенью дисперсности частиц порошка и узким фракционным составом, высокой химической, гидролитической и термической стабильностью и полным отсутствием абразивных примесей.
Наиболее перспективными для введения в смазочные масла в качестве присадок являются материалы, имеющие размер частиц порядка 0,01-10 нм, называемые наноматериалами или ультрадисперсными порошками. При их использовании значительно улучшается смазочная способность масел, а при определенных условиях восстанавливаются изношенные поверхности трения при использовании в качестве наполнителей высокодисперсных порошков металлов и их соединений с неметаллами (оксидов, сульфидов и др.). При использовании смазочных материалов с такими добавками на поверхности трения образуется плакирующий слой из мягкого металла. Формирование на поверхности трения металлоплакирующей пленки, обладающей высокой контактной прочностью, увеличивает фактическую площадь контакта, снижает коэффициент трения и износ, предохраняет поверхности от схватывания [101].
Принципы построения и задачи автоматизированного трибологического стенда
Четырехшариковую и четырехроликовую схемы применяют при испытаниях образцов из термообработанной одноименной стали; схемы «сфера - кольцо», «сфера - три ролика», «сфера - три плоскости» - при трении эталонного материала (стандартные шарики) по исследуемым материалам: «сфера - кольцо» - по цветным металлам или пластмассам, для остальных схем - по сталям, чугунам и в некоторых случаях — по цветным металлам, «конус — кольцо» - когда исследуется трение материалов, отличных от стандартных. Схемы, реализующие точечный контакт, рекомендуется применять при испытаниях, имитирующих условия работы подшипников качения, зубьев шестерен, кулачковых механизмов и других сопряжении со стальными закаленными поверхностями. Применительно к подшипникам скольжения рекомендуется применять схемы «сфера — кольцо» или «конус — кольцо».
Оценку противоизносных свойств смазочных и конструкционных материалов для червячных редукторов по MP 175—82 осуществляют следующим образом. Возвратно-поступательным скольжением сферического индентора с заданной шероховатостью рабочей поверхности в контролируемом (с помощью измерения трибо-ЭДС) режиме граничной смазки изнашивают плоский образец в испытываемом смазочном материале, и по результатам измерения износа за заданную продолжительность испытаний судят о диспергирующей способности и диспергирующей активности смазочного материала. По максимальному значению нагружающего усилия, при котором происходит переход от полужидкостной смазки к граничной, проводят сравнительную оценку его несущей способности, по силе трения — антифрикционности.
Идентификация видов смазки проводится по характеру изменения трибо-ЭДС в процессе трения: граничной смазке соответствует постоянная ЭДС одной полярности, жидкостной — переменная обеих полярностей, полужидкостной — переменная одной полярности. Используют сферический индентор радиусом 3 мм из сплава ВК8 твердостью HRA 87 — 92 двух типов: 1) с шероховатостью Ra = 0,09—0,2 мкм, получаемой обработкой круговыми движениями вручную на чугунном (СЧ 18) притире алмазной пастой зернистостью 60/40 по СТ СЭВ 206; 2) с шероховатостью Ra = 0,02—0,05 мкм, формируемой обработкой пастой зернистостью 3/2 и, кроме того, полировочным фетром или войлоком при частоте вращения индентора (1 450 ± 5) мин"1. Условия испытаний: рабочий радиус индентора R = 3 мм, диаметр — 5 мм, усилие прижима к плоским образцам из бронзы — 78,4 Н (8 кгс), из стали — 98 Н (10 кгс); частота перемещений индентора — 150 мин"1, амплитуда — 4 мм. Объем смазочного материала, наносимого на поверхность плоского образца, не менее 0,05 см3, продолжительность испытаний на трех этапах с подготовкой рабочих поверхностей перед каждым этапом 20, 40 и 60 мин; нагрузку при оценке несущей способности для инденторов второго типа увеличивают ступеньками в 2—3 кгс, начиная с 1 кгс, выдерживая по 10 мин на каждой ступени. Критерием граничной смазки является постоянное значение трибо-ЭДС. Синхронно записывают силу трения и трибо-ЭДС. Эталонные смазочные среды для контроля соответствия образцов технологическим требованиям методики испытаний — медицинское вазелиновое масло по ГОСТ 3164, масло цилиндровое 52 по ГОСТ 6411 и техническая олеиновая кислота. Качество подготовки образцов считается удовлетворительным, если для инденторов обоих видов при испытаниях в вазелиновом масле реализуется граничная смазка, а для масла цилиндрового 52 и олеиновой кислоты в условиях скольжения индентора первого типа — граничная смазка, второго — полужидкостная или жидкостная. Критерии оценки смазочного материала: 1. Показатель диспергирующей способности — отношение разности износа неподвижного плоского образца при трении притертого и полированного инденторов к износу при скольжении полированного индентора (сами инденторы практически не изнашиваются). 2. Показатель диспергирующей активности — отношение показателя диспергирующей способности испытываемого смазочного материала к показателю диспергирующей способности эталонного масла. 3. Нагрузка ступенчатого нагружения, при которой наблюдается переход к граничной смазке. 4. Силы трения при испытаниях с инденторами обоих типов.
Износ оценивают профилографированием параллельных дорожек трения (следов износа), каждая из которых соответствует определенным условиям испытаний в отношении нагрузки. Каждая сдвинутая вдоль дорожки трения профилограмма для одной и той же дорожки свидетельствует об интенсивности изнашивания при различных скоростях скольжения (в середине — максимальная скорость, по краям дорожек — минимальная и в промежуточных точках — распределена по синусоидальному закону).
Вследствие возвратно-поступательного перемещения индентора метод, кроме прочего, удобен тем, что для испытаний требуется небольшое количество масла (измеряемое практически каплями) в зоне трения, для измерения трибо-ЭДС не требуются специальные токосъемники, имеется возможность оценки интенсивности изнашивания при различных скоростях скольжения.
Контроль выходных параметров. Выходные параметры трибологического процесса — это износ трущихся тел, момент трения и температура в трибологическом контакте.
Износ можно измерять непосредственно в течение трибологического процесса (например, в машине трения Шкода—Савина линейный износ нижнего образца измеряется индикатором часового типа, шток которого связан с подвижной кулисой, в которой на подшипниках установлен вращающийся изнашивающий ролик: по мере изнашивания нижнего образца кулиса опускается) либо после окончания испытания или каждого из его этапов (например, при испытании смазочного материала на ЧШМ диаметр пятна износа измеряется после окончания каждого этапа).
Выбор метода измерения износа определяется требуемой точностью. Так, погрешность (дисперсия) измерения линейного износа с помощью штангенциркуля составляет ±0,05 или 0,01 мм, с помощью микрометра ±0,004 или 0,008 мм, с помощью оптиметра ±0,0005 или 0,001 мм (по паспорту). Погрешность замеров уменьшается с увеличением их числа. Согласно ГОСТ 27860—88, линейный износ может быть определен с помощью профилографирования как разница высот профиля до и после определенного этапа изнашивания исследуемой детали путем совмещения профилограмм.
Исследование изменения трибологических показателей масел в процессе эксплуатации машин
Изучение кинетики изнашивания элементов сопряжения требует периодической его разборки.
Для оценки износа без разборки узла трения по результатам проб анализа смазочного материала, отбираемых в процессе эксплуатации, широко используют химические, ядерно-физические, фотометрические методы, а также спектральный анализ. Химические методы достаточно высокочувствительны (до 10"6 г металла на 1 мл масла), но трудоемки и малопроизводительны. Часть из них стандартизована (ГОСТ 1955—47). Спектральный анализ намного производительнее (300—400 проб в день) химических при высокой чувствительности (до 10" г металла на 1 мл масла[10].
Широкое применение находят различные ядерно-физические методы [68]: радиоиндикаторный поверхностей активации и нейтронного активационного анализа. По радиоиндикаторному методу исследуемую деталь активируют либо непосредственно в реакторе, либо посредством электролитического нанесения радиоактивного покрытия, либо введением радиоактивного изотопа в металл в процессе плавки, либо установкой в нее радиоактивных вставок [28]. В процессе работы активирования деталь изнашивается и продукты изнашивания попадают в масло. Активность проб масла определяется счетчиками радиоактивности. Для обеспечения высокой чувствительности метода (10" г металла на 1 мл масла) необходима высокая радиоактивность деталей (выше 1 мКи), а следовательно, специальная защита обслуживающего персонала от облучения и помещений от радиоактивного загрязнения.
При дифференциальном методе радиоактивных индикаторов детали подвергают поверхностной активации в циклотроне, бомбардируя их ускоренными заряженными частицами на глубину 10—300 мкм. Поверхности при данном методе получают сравнительно малую активность (не более 10 мкКи), что позволяет использовать активированные детали в любых условиях без специальной защиты людей и помещений. Износ деталей определяется по уменьшению относительной радиоактивности активированных участков исследуемой поверхности.
Метод нейтронного активационного анализа в отличие от радиоиндикаторных методов состоит в активации не деталей, испытуемых на изнашивание, а проб масла, содержащих продукты изнашивания. Этот метод стандартизован (ГОСТ 23.217—84). Износ оценивают по массовому содержанию элемента-индикатора в пробе масла в зависимости от спектра у-излучения после облучения тепловыми нейтронами. Метод позволяет отдельно измерять износ каждой из рабочих поверхностей трущихся тел по содержанию в пробе масла элементов — индикаторов износа.
Фотометрические методы включают дисперсный анализ частиц продуктов изнашивания и феррографию. Для определения дисперсного состава частиц в масле применяют автоматические анализаторы, принцип действия которых основан на фотометрическом методе подсчета частиц определенных размерных групп. При исследовании противоизносных свойств смазочных масел и диагностике узлов трения машин целесообразно сочетать дисперсионный анализ на фотометрическом анализаторе и спектральный анализ, что позволяет не только выявить изменение условий изнашивания в процессе работы узлов трения, но и определить наиболее изнашиваемую деталь по данным элементного анализа.
В последние годы получил распространение метод анализа продуктов изнашивания, основанный на извлечении ферромагнитных и парамагнитных частиц из пробы масла под действием магнитного поля, получивший название феррографии. Извлекаемые магнитными силовыми полями частицы продуктов изнашивания оседают в желобке стеклянной или пластмассовой пластины, по которой стекает исследуемое масло. При этом частицы распределяются по размерам: от крупных в верхней части пластинки до мелких в нижней. Исследование продуктов изнашивания позволяет сделать важные выводы о механизме изнашивания.
Однако методы измерения, основанные на изучении продуктов изнашивания в масле, при лабораторных трибологических испытаниях применяют достаточно редко. В основном они находят применение при стендовых или эксплуатационных испытаниях.
Важнейшей характеристикой трибологического процесса считается сила трения, т.е. усилие сопротивления относительному перемещению трущихся тел. Методы ее определения сводятся к оценке момента, уравновешивающего момент трения, либо к измерению произведенной силой трения деформации упругого элемента, связанного с одним из контактирующих тел.
Существуют и другие электрические и механические методы оценки силы трение. Наиболее широко распространено определение силы трения по деформации упругого элемента. Если же один из образцов приводится во вращательное движение силой трения, то измеряют момент трения, по которому затем рассчитывают силу трения.
Третьей выходной характеристикой процесса трения, по которой часто оценивают антифрикционные свойства подвижного сопряжения, является температура контакта. Следует различать среднюю температуру тела, температуру поверхности и мгновенную температуру на пятне фактического контакта. Первую из них достаточно просто измерить. Последнюю либо рассчитывают, либо оценивают косвенно по физическим или металлографическим изменениям в поверхностях трения (пластическому упрочнению, внутренним напряжениям, изменениям в микроструктуре), образованию химических соединений в результате реакции со средой и др.
Среднюю температуру поверхности измеряют на некотором расстоянии от поверхности контакта. Более корректно оценивать ее по температурному градиенту в поверхностном слое. Измерения проводят с помощью искусственных, полуискусственных или естественных термопар. Хорошие результаты получаются при использовании скользящих термопар, т.е. прижимаемых к поверхностям трения, хотя устранить искажения результатов от трения самой термопары о поверхность не удается.
Определение оптимальной концентрации УДП меди в присадке «Гарант-М» к моторным маслам
Для повышения точности и достоверности измерений и реализации обратной связи для системы нагружения образцов, привода главного движения и системы циркуляции, фильтрации и терморегуляции испытуемой смазочной среды в составе трибологического комплекса предусмотрена автоматизированная система управления.
Система управления состоит из микропроцессорного блока управления, размещенного в технологическом отсеке трибостенда, и персональной ЭВМ. Микропроцессорный блок производит опрос датчиков всех подсистем и передает информацию на ЭВМ, где она отображается в удобном для пользователя виде. Также микропроцессорный блок формирует управляющие сигналы для исполнительных устройств по команде от ЭВМ в соответствии со сценарием проведения эксперимента.
Автоматизированный комплекс состоит из двух основных сборочных узлов: машины трения 1 и системы управления 2 (Рис.2.9).
Машина трения 1 включает в себя проточную испытательную камеру 3, смонтированную на подшипниковом узле, в которой вмонтированы манометр 4 и датчик динамического давления (ДД) 5, программно-управляемый привод главного движения контробразца и измерения момента трения (ПИМ) 6 (частота вращения 10...4000 об/мин, вращающий момент 0.5...5 Нм), на выходном конце которого 7 закреплен ролик 8 и контробразец 9. К контробразцу 9 прижаты испытуемые образцы-колодки 10 и 11, оппозитно установленные в самоустанавливающихся опорах 12 и 13. Система нагружения 14 трибосопряжения состоит из источника гидравлической энергии (ИГЭ) 15, напорная магистраль которого соединена с блоком стабилизации 16 уровня питающего давления и с программно-управляемой гидроаппаратурой с пропорциональным управлением (ГПУ) 17. Блок стабилизации 16 уровня питающего давления содержит пневмогидроаккумулятор 18 гидрополость которого соединена с напорной магистралью источника гидравлической энергии 15 и с гидравлическим переливным клапаном (ПК) 19, а пневмополость - с напорной магистралью источника пневматической энергии (ИПЭ) 20 и манометром 21. Полости нагружения А и Б плунжерных пар 22 и 23 предназначены для подвода давления нагружения и соединены с ручными нагружателями 24 и 25, манометрами 26, 27 и датчиками динамического давления (ДД) 28 и 29, а полости В и Г являются измерительными полостями линейного износа каждого образца - колодки. Полости В и Г плунжерных пар 22 и 23 заполнены рабочей жидкостью с заранее заданной вязкостью и сжимаемостью, в зависимости от программируемой точности и чувствительности измерения суммарного линейного износа, и соединены с ручными нагружателями 30 и 31, и датчиками динамического давления (ДД) 32 и 33. В торцы плунжерных пар 22 и 23 измерительными наконечниками упираются фотоэлектрические датчики линейных перемещений (ДЛП) 34 и 35. Управляющие каналы программно-управляемой гидроаппаратуры с пропорциональным управлением 17 соединены с полостями нагружения А и Б плунжерных пар 22 и 23 двухстороннего действия.
Система циркуляции, фильтрации и терморегуляции смазочной среды 36 содержит источник циркуляции (ИЦ) испытуемой смазочной среды 37, к напорной магистрали которого последовательно подключены программно-управляемые охладитель 38 и нагреватель 39. Для защиты системы на входе блока фильтрации 40 установлен программно-управляемый гидравлический предохранительный клапан с пропорциональным управлением 41. Блок фильтрации 40 содержит дифференциальный манометр 42, один измерительный контур которого включен в гидролинию на входе в блок фильтрации 40, а другой - на выходе из него и последовательно установленные магистральные фильтры 43 разной тонкости очистки, количество которых может быть выбрано в зависимости от их характеристик, требуемой тонкости очистки и давления испытуемой смазочной среды, создаваемого источником циркуляции 37. Для контроля качества фильтрации смазочной среды на выходе блока фильтрации 40 установлен прибор контроля чистоты жидкости (ПКЧЖ) 44.
Система управления 2 содержит персональную ЭВМ 45, соединенную своими выходами с входами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 46, а входами - с выходами аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 47, входящих в состав микроконтроллера 48. Также выходы персональной ЭВМ соединены с входами принтера 49. Выходы цифро-аналогового преобразователя 46 соединены: с входом программно-управляемого электродвигателя привода главного движения и измерения момента трения(ПИМ) 6; с входами программно-управляемой гидроаппаратуры с пропорциональным управлением 17; с входом программно-управляемого гидравлического предохранительного клапана с пропорциональным управлением 41; с входом программно-управляемого охладителя 38; с входом программно-управляемого нагревателя 39. Входы аналого-цифрового преобразователя 47 соединены: с выходами датчиков динамического давления (ДД) 5, 32, 28, 33, 29; с выходом привода главного движения и измерения момента трения (ПИМ) 6; с выходами датчиков линейных перемещений (ДЛП) 34 и 35; с выходом прибора контроля чистоты жидкости (ПКЧЖ) 44; с выходом датчика электросопротивления (ДЭ) 50; с выходами датчиков температуры (ДТ) 51, 52, 53, 54. Один измерительный контакт датчика электросопротивления 50 закреплен на испытуемом образце-колодке 10, а другой - на контробразце 9. Измерительный наконечник датчика температуры 54 установлен в центре испытуемого образца-колодки 11. Измерительный наконечник датчика температуры 53 прижат к контробразцу 9 непосредственно на выходе из зоны трения. . Датчики температуры 51 и 52, установлены на требуемом расстоянии от зоны трения и друг от друга.
