CC BY
2
УДК 624.132.6 DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2020.88.2.111
ЕЛЕКТРОПРОВЩШСТЬ I МЕХАН1ЧНА МЩШСТЬ МАСТИЛЬНО! ПЛ1ВКИ ТРИБОСПОЛУЧАННЯ
Венцель €. С.1, Малащенко В. А.2, Орел О. В.1, Щукш О. В.1 1Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, Нацюнальний ун1верситет «Львтська полггехшка»
Анотащя. Теоретичным шляхом подано й експериментально тдтверджено, що дисперсшстъ частинок забрудненъ, що знаходятъся в мастилах, icmomno впливае на ïx деякг ф1зичш характеристики. Так, зокрема встановлено, що nid час штучного диспергування частки забрудненъ у мастилъному матер1ал1, то його електропров1дшстъ зростае. Це мае призвести до знижен-ня частки електростатичного зношування трибосполучання. Також marn частинки здатт зб1лъшити мехашчну м1цшстъ (поверхневий натяг) мастильних плгвок, тобто зробити гранич-Hi шари бгльш мгцними, зарахунок чого також можна очгкувати зменшення зносшення. Knw4oei слова: електропров1дшстъ, мехашчна м1цшстъ, поверхневий натяг, мастилъна miern, частки забрудненъ, дисперсшстъ.
Вступ
Вщомо, що металев! поверхш трибосполучання, роздшеш масляною плшкою, пщ час процесу тертя електризуються. У цей час одна з поверхонь отримуе позитивний заряд, шша - негативний [1, 2]. Внаслщок трибое-лектричного ефекту мш поверхнями тертя виникае р1зниця потенщал!в, величина яко! може залежати як вщ властивостей метал1в, так 1 вщ масляно! пл1вки.
Електропровщнють масляно! пл1вки зале-жить вщ ф1зико-хмчних властивостей мас-тила, зокрема вщ юлькюного 1 якюного складу мехашчних домшок, а також вщ товщини пл1вки, температури тощо. Кр1м того, велике значения в процесах тертя та зношування мае мехашчна мщнють мастильно! змащувально! ил1вки, яка здшснюе одну з найголовнших функцш у забезпеченш надшного граничного шару м1ж трибоиоверхнями.
Анал1з публжацш
Дослщження иродемонстрували [2], що найнижчу електропровщнють мають св1ж1 мастила. У мастил, що ирацюють, електропровщнють значно вище, оскшьки металев! частники, яю знаходяться в них, сприяють створенню провщност! активацшного типу. У цьому випадку пл!вка пробиваеться за умови бшьш низько! напруженост! поля (так званий «тихий» розряд). Кр!м того, таю мастила, на вщмшу вщ св!жих, мають вщносно бшьшу мехашчну мщнють. Експеримента-льним шляхом також встановлено [3-6], що за умови наявност! в мастилах високодиспе-рсних частинок забрудненъ !х електропровь
днють пщвищуються ще бшьше. У цьому випадку вщбуваеться також збшьшення ме-хашчно! мщност! мастильно! пл!вки, яка ад-сорбуеться на трибоверхнях у вигляд! грани-чних шар!в.
Отже, мастила у раз! зростання електроп-ровщност! 1 мехашчно! мщност! розташову-ються таким чином: св!ж1, яю працювали, а також щ ж мастила з1 штучно продисперго-ваними частниками забруднень.
Мехашзм тако! законом1рност1 з теорети-чних позицш ранше не розглядався, тому в цш статп зроблена спроба роз'яснити цю законом!рнють знщно з ф1зичного змюту процес!в, що вщбуваються з мастилом у випадку його застосування в трибосполучан-нях.
Мета 1 постановка завдання
Теоретичним шляхом пщтвердити експе-риментальш дослщження щодо законом1рно-стей змши електропровщност! 1 мехашчно! мщност! мастильно! пл!вки, до складу яко! належать забруднення у вигляд! частинок зношення металевих поверхонь.
Досшдження електропровщносп та мехашчноТ мщност! мастильноТ пл1вки
Необхщно зазначити, що електропровщнють суспензи, утворено! металевими частниками зношення в мастил!, повинна мати ак-тивацшний механ!зм. За умови невеликих концентрацш прим!сно! фази цей механ!зм зумовлений перенесениям електрон!в м!ж окремими частниками за допомогою термое-лектронно! емюи.
112
В^ник ХНАДУ, вип. 88, 2020, т. II
Нехай деякий обсяг сусиензи (рис. 1) мае початкову площу иоверхш мастила 50 час-тинок 50 1 поверхневий натяг а та а'.
Рис. 1. Схема масляно! ишвки з металевою часткою
Розгляиемо вииадок, коли частники иро-дисиерговаш. У цьому випадку !х илоща 5'к теля диспергування буде дор!внювати
5к = Б'0 + 2(к -1)5,;/%.
(1)
Наириклад, для частинок куб1чно! форми % = 6, у цьому випадку 8'0 /% - илоща одше! граш куба.
Як вщомо, активувальиа електроировщ-нють а визиачаеться виразом [7]:
а = а0 ехр
( Е ^
V квТ)
(2)
Для визначення иоверхиевого натягу сусиензи теля диспергування оцшюемо площу подр1бнених частинок, що знаходяться на вшьнш иоверхш масляно! ил!вки. Для цього введемо величину у5 , що доршнюе вщно-шенню до об'ему V масляно! пшвки:
у 5 = / V.
Розгляиемо об'ем пшвки AV = Б0Ак, де АН - вщстань м!ж двома сусщн!ми шарами, в яких знаходяться частники.
Отже, АН - товщина кул!, в середин! яко! немае частинок, а на иоверхш вони е. Площа таких частинок мае такий вид:
=У5 AV = уААН.
Отже, АН = -^пк, де пк = кп'0 .
Тод!
5кпов =у550 УПк .
Площа диспергованих частинок на поверхш масляно! пл!вки дор!внюе
Константа а0 формально мае ф!зичний змют електроировщност! у раз! неск!нченно високо! температури та иов'язана з масою електрона.
Забруднення т, час його вшьного ироб!гу х ! концентрацш електрон!в п0 иов'язан! си!вв!дношенням
а0 = п0е х / т
(3)
Отже, концентрацш емггованих електро-н!в ироиорц!йна 5к , тобто
пк = ВБ'к.
(4)
5 ' = -зГп =
°кпов _ V °0 Vкп0 ~
= 50 + 2(к -1)10/ %
(7)
V
50 V кп0
Вираз для иоверхиевого натягу суспензй, що м!стить дисперговаш частники, матиме такий вид:
. а(50 5&пов ) + а 5&пов
' 5
(8)
Поставивши в цей вираз значения 5кпов 3 р!вняння (7), отримуемо:
Тод!
е 2Х
а = ВБ'к — ехр т
Е
V квТ)
(5)
П!дставивши у формулу (5) значения з (1) , остаточно маемо
а -а
ак — а + --50
V %зП
50(2к - 2 + %). (9)
За досить великих значеннь
ак = а +
вид:
2(а '-а)50к2/3 (9) „ -р=°-. вираз (9) мае такии
V % М
а к = В50
2(к -1) %
1
т
-ехр
V квТ)
.(6)
ак = а +
2(а ;-а)50к2/3 V %зП
(10)
3 виразш (6) 1 (10) випливае, що шдви-щення кшькост1 (зменшення розм1р1в) частинок в результат! диспергування збшьшення коефщ1ента к призводить до зростання як електроировщност1 сусиензи, так I и иоверхиевого натягу (мехашчно! мщност1).
Якщо ирийняти, що к = 1 (диспергування вщсутне), то вщповщно до формул (6) \ (10) електропровщнють I поверхневий натяг
а: суспензи будуть менше н1ж ак та ак. Якщо у виразах (6) 1 (10) Б'к = 0 (мастило иовнютю очищено вщ мехашчних домшок), то отримуемо а0 = 0, а а0 = а , тобто мастило без частинок забруднень теоретично не мае електроировщност1, а його поверхневий натяг а0 менше н1ж а: 1 ак. Згщно з досль дженнями [2], а0 Ф 0, але менше н1ж та аь
'к.
Отже,, справедливими е таю HepiBHOCTi:
<°1 <°к,
(11) (12)
Нер1внють (11) узгоджуеться з результатами дослщжень, наведеними в робот1 [2], де доведено, що електропровщнють мастила М-12-Г2, що працюе, за умови товщини ил1вки 2 мкм в 1,5 раза бшьше н1ж св1жого, а мастило М-12-Г2 з иродисиергованими частниками забруднень за умов т1е! ж товщини пл1вки мае величину ак в 1,34 раза бшьше .
Для встановлення правильное^ нер1вност1 (12) проведен! лабораторш ексиерименти з визначення поверхневого натягу шдустр1а-льного мастила 1-Г-А-32 ГОСТ 17479.4-87, що знаходиться в р1зному станг св1же, св1же з1 штучно введеними в нього металевими частниками забруднень з1 стал1 38ХС 1 таке ж св1же мастило теля диспергування в ньо-му металевих частинок.
Для дослщжень мастило заливали до х1мь чно1 бюретку, июля чого за доиомогою об'ектива спостерц"али за д1аметром шийки в момент вщриву краил1 оли, яка виткае з носика бюретки. Масу краил1 встановлювали шляхом визначення р1знищ м1ж масою склянки, в який капали з бюретки 100 крапель мастила, 1 масою сухо! склянки.
Поверхневий натяг визначали за формулою
mg
а = -
d0 л
Отримаш значения величин иоверхиевого натягу е такими: св1же мастиьло 1-Г-А-32 -а = 29,6 мН/м, таке ж ж мастило 3i штучно введеними до нього частниками забруднень 3i стал1 38ХС - а - 32,5 мН/м; таке ж мастило 3i штучно иродисиергованими частниками забруднень 3i стат 38ХС — а = 35,4 мН/м, що иовнютю ищтверджуе иравильнють Hepi-bhoctî (12).
Запропоноваш теоретичш концеици та результата експериментальних дослщжень мо-жуть виявитися корисними для иодальшого поглиблення Teopiï змащувально1 да мастил.
Висновки
Електропровщнють мастильно! змащува-льно1 ил1вки ищвищуеться у pa3i збшьшення в нш кшькост1 високодисиерсних частинок забруднень. Це повинно сприяти зменшен-ню електростатичного зношування трибос-иолучень.
У такий же cnoci6 ищвищуеться поверхневий натяг (мехашчна мщнють) мастильно1 ил1вки, що повинна забезпечити бшьшу стш-KicTb граничних змащувальних mapie та сприяти заиобганню защання трибосиолу-чень, що позитивно вщобразиться на штен-chbhoctî ïx зношування.
Л1тература
1. Доввдник з триботехшки: у 3 т. / гол. ред.
М. Хебда та А. В. Чичинадзе. Москва, 1989. Т. 1. Теоретичш основи.
2. Костецкий Б.И. Классификация видов поверхностного разрушения и общие закономерности трения и изнашивания. Вестник машиностроения. 1984. № 11. С.10-12.
3. Венцель Е. С., Снигковский M. М., Юрьев В.
H. BicTi машинобудови 1972. № 10. С. 20.
4. Венцель Е. С., Снигковский M. М., Юрьев В.
Н. Трактори i автомобш. Москва, 1972. Т. 9. Вип. 2. Ч. 2. С. 92.
5. Венцель С. С., Бабенко А. О., Щуюн О. В., Орел О. В. 1нтенсивнють зношування трибо-вузл1в машин в залежноси ввд електро-пров1дносп змашувально1 пшвки. Шдйомно -транспортна техшка. 2018. № 3 (59). С. 15-19.
6. Ventsel E. S., Shchukin A. V., Orel A. V., Saien-ko N. V. Influence of physical and mechanical paramétrés on the structural adaptability of tribo coupling. Problems of Tribology. 2019. No. 1. Pp. 40-47. DOI: 10.31891/2079-1372-2019-91-140-47.
7. Венцель E. С., Березняков А. И. Некоторые особенности проявленная электропроводности и механической прочности масляной плен-кненцель. Трение и износ. 1990. Т. 11. № 6. С. 1039-1042.
а0 < а1 < ак.
114
ВЕсник ХНАДУ, вип. 88, 2020, т. II
References
1.Dovidnik z tribotekhniki: v 3 t. / pid red. M. Khebdi ta A. V. Chichinadze. T. 1. Teoretichni osnovi. Moskov, 1989.
2. Kostetskiy B. I. Klassifikatsiya vidov po-verkhnostnogo razrusheniya i obshchiye zako-nomernosti treniya i iznashivaniya. Vestnik mash-inostroyeniya. 1984. №11. S.10-12.
3 .Ventsel E. S., Snitkovskiy M. M.. Yurev V. N. Visti mashinobudovi. 1972. № 10. S. 20.
4.Ventsel E. S., Snitkovskiy M. M., Yurev V. N. Traktori i avtomobili. M... 1 1972. T. 9. Vip. 2. Ch. 2. S. 92.
5. Ventsel G. S., Babenko A. O., Shchukin O. V., Orel O. V. Intensivnist znoshuvannya tri-bovuzliv mashin v zalezhnosti vid elektro-providnosti zmashchuvalnoi' plivki. Pidyomno-transportna tekhnika. 2018. №3 (59). S. 15-19.
6. Ventsel E. S., Shchukin A. V., Orel A. V., Saien-ko N. V. Influence of physical and mechanical parametres on the structural adaptability of tribo coupling. Problems of Tribology. 2019. No. 1. Pp. 40-47. DOI: 10.31891/2079-1372-2019-91-140-47.
7. Ventsel E. S., Bereznyakov A. I. Nekotoryye oso-bennosti proyavlennaya elektroprovod-nosti i mekhanicheskoy prochnosti maslyanoy plen-ki.entsel. Treniye i iznos. 1990. T. 11. № 6. S. 1039-1042.
Венцель бвген Сергшович1, д.т.н, професор, +380(67) 998-87-72, 7051956@bigmir.net, Малащенко Володимир Олександрович2, д.т.н., професор, +380(67) 777-81-72, tmdm.dept@lpnu.ua,
Орел Олександр Володимирович1, к.т.н, доцент, +380(67) 701-98-64, oav1980@gmail.com, Щукш Олександр Вжторович1, кт.н, доцент, +380(97) 996-76-41, supercar88@gmail.com, 1Харк1вський нащональний автомобшьно-дорожнш ушверситет,
2 Нащональний ушверситет «Льв1вська поллехнь ка».
Electrical conductivity and mechanical strength of the oil film of the fusion unit
Abstract. It has been shown theoretically and experimentally confirmed that the dispersion of particles of contaminants in oils significantly affects their certain physical characteristics. So, in particular, it has been established that if dirt particles are artificially dispersed in a lubricant, its electrical conductivity increases. This, in turn, should lead to a decrease in the share of electrostatic wear of the friction pairs. Such particles are also able to increase the mechan i-
cal strength (surface tension) of lubricating films, that is, to make the boundary layers more durable, due to which we can also expect a decrease in wear. Keywords: electrical conductivity, mechanical strength, surface tension, lubricating film, dirt particles, dispersity.
Ventsel Evgen1, Doctor of Technical Sciences, Professor, +380(67) 998-87-72, 7051956@bigmir.net,
Malaschenko Volodymyr2, Doctor of Technical Sciences, Professor, +380(67) 777-81-72, tmdm.dept @lpnu.ua.
Orel Oleksandr1, Ph.D., Associate Professor, +380(67) 701-98-64, oav1980@gmail.com, Shchukin Oleksandr1, Ph.D., Associate Professor, +380(97) 996-76-41, alexhome88@gmail.com, :Kharkiv National Automobile and Highway University
2 National University «Lviv Polytechnic»
Электропроводность и механическая прочность масляной пленки трибосопряжения Аннотация. Теоретическим путем показано и экспериментально подтверждено, что дисперсность частиц загрязнений, находящихся в маслах, существенно влияет на их некоторые физические показатели. Так, установлено, что если искусственно диспергировать частицы загрязнений в смазочном материале, то его электропроводность возрастает. Это, в свою очередь, должно привести к снижению доли электростатического изнашивания трибосопряжений, также такие частицы способны увеличить механическую прочность (поверхностное натяжение) смазочных пленок, то есть сделать граничные слои более прочными, за счет чего также можно ожидать уменьшения износа.
Ключевые слова: электропроводность, механическая прочность, поверхностное натяжение, смазочная пленка, частицы загрязнений, дисперсность.
Венцель Евгений Сергеевич1, д.т.н., профессор, +380(67) 998-87-72, 7051956@bigmir.net, Малащенко Владимир Александрович2, д.т.н., профессор, +38 (032) 258-21-85, tmdm.dept @lpnu.ua.
Орел Александр Владимирович1, кт.н., доцент, +380(67) 701-98-64, oav1980@gmail.com, Щукин Александр Викторович1, кт.н., доцент, +380(97) 996-76-41, supercar88@gmail.com, 1Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
22Национальный университет «Львовская политехника»
