CC BY
56
Ю.М. Рычков, А.В. Есипок, Ю.Г. Полягошко
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА «МЕТАЛЛ - КОНСИСТЕНТНАЯ СМАЗКА» МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНЫХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, ул. Ожешко, 22, г. Гродно, 230023, Республика Беларусь
Вопросы повышения долговечности и надежности различных видов сопряжений до нашего времени остаются актуальными в машиностроении и непосредственно связаны с развитием фундаментальных и прикладных исследований в области триботехники. Особое место среди таких сопряжений занимают подвижные электрические соединения - скользящие электрические контакты. Особая сложность решения триботехнических проблем в электрических контактах обусловлена действием такого фактора, как электрический ток, приводящего к ужесточению условий внешнего трения и повышенному износу взаимодействующих поверхностей.
Применение в электрических контактах специальных смазочных композиций, создающих на поверхностях контакта переходные (приэлектродные) слои с особыми электрофизическими свойствами, снижающими коэффициент трения и обеспечивающими необходимое токопрохождение, позволит существенно повысить эксплуатационные характеристики электрических машин. Изучение механизма проводимости таких слоев служит основой для создания новых электропроводных смазок.
В работе исследование проводимости переходных (приэлектродных) слоев выполнено методом импульсных вольт-амперных характеристик [1, 2], впервые примененном для консистентных смазок. В качестве модельной среды использовалась композиция на основе консистентной смазки типа ЦИАТИМ-201 с различным содержанием модификаторов: ЦИАТИМ-201 + 2,5% Cu + 2,5% С (графит), ЦИАТИМ-201 + 5% Cu + 5% С (графит), ЦИАТИМ-201 + 2,5% Fl (фолеокс), ЦИАТИМ-201 + 5% C (графит), ЦИАТИМ-201 + 5% Cu, ЦИАТИМ-201 чистый.
Методика эксперимента
К выходной цепи генератора прямоугольных импульсов подключается измерительная кювета с исследуемой композицией, которая вместе со входным сопротивлением осциллографа образует дифференцирующую ЛС-цепь. Подавая с генератора импульсы напряжения прямоугольной формы на ЛС-цепь, получают характерный отклик, параметры которого наблюдают на осциллографе. Типичная осциллограмма тока и напряжения в цепи ячейки показана на рис. 1.
Рис. 1. Осциллограмма тока I и напряжения U в цепи кюветы с исследуемой композицией
Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис. 2. Осциллограф С9-8 имеет два независимых входа, что обеспечивает возможность одновременной регистрации напряжения, подаваемого на кювету, и тока, протекающего через нее при подаче на электроды напряжения прямоугольной формы. Генератор Г6-31 позволяет изменять форму, амплитуду и частоту импульсов.
© Рычков Ю.М., Есипок А.В., Полягошко Ю.Г., Электронная обработка материалов, 2005, № 2, С. 34 - 37.
34
Рис. 2. Блок-схема установки для измерений импульсных вольт-амперных характеристик консистентной смазки. Г6-31 - генератор сигналов специальной формы (10-3 - 105 Гц); К - экспериментальная кювета с исследуемой смазкой; Э - экран для устранения электрических наводок; С9-8 -цифровой осциллограф
В состав экспериментальной установки входит специально изготовленная кювета с парой плоских электродов. Качество обработки поверхности электродов из электротехнической меди марки М00 соответствует Rz = 0,1 мкм, отклонение от плоскостности и непараллельность взаимного расположения электродов таковы, что обеспечивают между ними площадь контакта не менее 95% от номинальной. Для точного измерения расстояния d между электродами применен микрометрический механизм, обеспечивающий точность измерения расстояния в межэлектродном промежутке не менее 0,01 мм. Начиная с 5 и до 1 мм, межэлектродное расстояние изменяется через 1 мм, с 1 до 0,5 мм -через 0,1 мм, от 0,5 мм и до полного смыкания электродов через 0,01 мм. При этом фиксируются амплитуда и длительность импульса отклика т. Измерения производятся до полного исчезновения межэлектродной емкости, то есть до пропадания импульса отклика. Одновременно с применением метода импульсных вольт-амперных характеристик прибором Е6-13А контролируется сопротивление межэлектродного промежутка по постоянному току. Амплитуды всех зондирующих сигналов выбираются таким образом, чтобы оказывать минимальное влияние на физико-химические свойства исследуемой композиции.
По результатам измерений построены зависимости R(d) и r(d), приведенные на рис. 3-6.
Рис. 3. Зависимость длительности фронта импульса отклика т и сопротивления межэлектродного промежутка R от расстояния между электродами d для ЦИАТИМ-201 + 2,5% Cu+ 2,5% С (графит)
Рис. 4. Зависимость длительности фронта импульса отклика т и сопротивления межэлектродного промежутка R от расстояния между электродами d для ЦИАТИМ-201 + 5% Си + 5% С (графит)
35
410
370
330
290
250
d Ъ, МКС R _. R, □
ъ d, мм
0,2
0,4
0,6
o,s
1,0
5,00E+11
4,00E+11
3,00E+11
2,00E+10
1,00E+10
0,00E+00
Рис. 5. Зависимость длительности фронта импульса отклика т и сопротивления межэлектродного промежутка R от расстояния между электродами d для ЦИАТИМ-201 + 5% Си
Рис. 6. Зависимость длительности фронта импульса отклика т и сопротивления межэлектродного промежутка R от расстояния между электродами d для ЦИАТИМ-201 + 5% С(графит)
Интерпретация результатов
Для чистого ЦИАТИМа-201 наблюдались линейные зависимости R(d) и T(d). Отклик не пропадал до предельных значений сближения электродов. Это доказывает, что без модификаторов консистентная смазка сохраняет свои диэлектрические свойства на любых межэлектродных расстояниях. Толщина приэлектродных слоев для чистой смазки минимальна.
В композициях ЦИАТИМ-201 + 2,5% C + 2,5% Cu (рис. 3) и ЦИАТИМ-201 + 5% С + 5% Cu (рис. 4) наблюдаются флуктуации длительности отклика, а также флуктуации сопротивления на одних и тех же межэлектродных расстояниях. Причем сопротивление резко убывает, начиная с некоторого расстояния между электродами (для ЦИАТИМ-201 + 2,5% C + 2,5% Cu характерным расстоянием является 0,57 мм, а для ЦИАТИМ-201 + 5%С + 5% Cu - 0,37 мм). Для композиции ЦИАТИМ + 2,5% фолеокса таких явлений не наблюдается.
Для определения причин вызывающих вышеуказанные флуктуации, исследованы композиции ЦИАТИМ-201 + 5% С и ЦИАТИМ-201+5% Cu. Но эксперименты, проведенные с этими средами, не выявили ничего необычного, зависимости R(d) и T(d) носят практически линейный характер (рис. 5 и 6).
Таким образом, присутствие в ЦИАТИМ-201 графита в смеси с медью в определенных пропорциях приводит к возникновению флуктуаций сопротивления и исчезновению импульса отклика, начиная с некоторого значения расстояния между электродами, то есть для каждой среды существует некоторая критическая величина зазора между электродами, начиная с которой сопротивление резко уменьшается и исчезает отклик на воздействие прямоугольного импульса. Это позволяет предположить, что причиной высокой электропроводности композиций на основе ЦИАТИМ, графита и меди на указанных межэлектродных расстояниях является перекрытие приэлектродных слоев (толщиной порядка 0,18-0,25 мм), обладающих повышенной удельной проводимостью по сравнению с остальным межэлектродным промежутком. Для каждого типа наполнителя, в зависимости от его электрофизических свойств и дисперсности, существует некоторое предельное значение концентрации, при которой проводимость наполненной среды резко повышается, хотя среда в общем сохраняет свойства диэлектрика.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кропочева Л.В., Рычков Ю.М. Приэлектродная проводимость изолирующих жидкостей // Тез. Докл. 6-го Всесоюзного совещания по электронной обработке материалов. Кишинев, 1990. С.168-169.
36
2. Кропочева Л.В., Рычков Ю.М. Низковольтная проводимость изолирующих жидкостей на границе раздела с электродами // Электронная обработка материалов. 1991. № 1. С. 52-54.
Поступила 30.08.04
Summary
The application of the method of pulsing volt-ampere characteristics for the research of the properties of transition layers of the electric contact "metal - grease lubricant" is shown.
П.П. Малюшевский
ЯВЛЕНИЕ КУМУЛЯЦИИ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ВИХРЕВЫХ КОЛЕЦ (ЧАСТЬ I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ)
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43 А, г. Николаев, 54018, Украина
Согласно существующим представлениям классической гидродинамики [1] кумуляция энергии и формирование кумулятивных струй происходят при быстром (взрывообразном) захлопывании конической оболочки из вещества по нормали к поверхности внутрь на ось оболочки. В результате обжимающийся конус вещества генерирует тонкую осевую струю вещества оболочки, движущуюся с очень большой скоростью.
Эта теория полностью подтверждается на опыте в достаточно широких пределах варьирования взрывных зарядов, характеристик вещества, из которого состоит коническая оболочка, а также их форм и толщин. Однако имеются экспериментальные факты, не укладывающиеся в теорию. Например, казалось бы, выполняя угол конуса все меньше, можно получить любые сверхскоростные струи, а следовательно, в области образования струи любые сверхвысокие давления. Но обнаружен предельный угол конуса, начиная с которого скорость струи непрерывно уменьшается, а давление - падает. Оказалось, что этот предельный угол существенно определяется свойствами вещества, из которого состоит оболочка, в частности сжимаемостью.
Подробный анализ проблем взрывных струйных течений и проблем кумуляции, выполненный в работе [2], раскрывает механизм уменьшения эффекта кумуляции при изменении оптимального угла конусности акр. При прочих равных условиях, если увеличивать угол конусности, вектор скорости метания струи отходит от оси симметрии - эффект кумуляции уменьшается, а затем возникает инверсия потока относительно обычного течения, масса струи в направлении оси существенно возрастает, скорость падает.
При исследовании классической кумуляции хорошо изучена структура течения [2]: она представляется системой из скоростной кумулятивной струи с относительно высокой удельной кинетической энергией и так называемого низкоскоростного песта, содержащего основную массу вещества исходной облицовки конической выемки.
В этом же основательном обзоре [2] большого количества работ в области проблем кумуляции и струйных течений указывается на возможность существования режима "обратной" кумуляции при схождении на оси метаемых взрывом элементов так называемых "мелких облицовок". При этом эффект "обратной" кумуляции - следствие сложной деформации с разрушением и "выворачиванием" периферии облицовки, а не ее центра. Показано, что при малых углах соударения струи возникают только в том случае, если схлопывание облицовок происходит с дозвуковой скоростью, а при переходе в зазвуковую - струя неустойчива и диспергируется на части.
Здесь же рассмотрены некоторые отличающиеся от классической кумуляции схемы и механизмы формирования кумулятивных течений. Например, при схлопывании осесимметричной цилиндрической облицовки происходит нагрев ее внутренних слоев до температуры испарения (в результа-
© Малюшевский П.П., Электронная обработка материалов, 2005, № 2, С. 37-44.
37
