CC BY
9
УДК 629.083(045)
О.А. ТАМАРГАЗН1,1.1. Л1НН1К1, Л.Б. ПРИЙМАК1
1Нац10нальний авгацшний ynieepcumem
ВПЛИВ МАГН1ТНОГО ПОЛЯ НА ЕКСПЛУАТАЦ1ЙН1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕЦИЗ1ЙНИХ ПАР ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК АВ1АЦ1ЙНО1 НАЗЕМНО1 ТЕХН1КИ
Розглядаються результаты досл1джень впливу магнитного поля на робоче середовище при наявност1 та без наявност1 у склад1 оливи модельных нанопорошк^в р1зно1 магнтно! природы та його взаемозв'язок Í3 робочими поверхнями прецизшних пар, що працюють у сучасних енергетичних установках ав^ацшно! наземноi технки. Досл^дження проводились з мтеральними та синтетичними оливами при ix обробщ постйним магнтним полем р1зноi конф1гурацИ. Отримаш результати дозволяють виконати модернизацию систем змащення енергетичних установок ав^ацшно! наземноi техники в експлуатацшних умовах з метою керування ресурсом окремих агрегат1в та вузл1в.
Ключов1 слова: олива, магнтне поле, прецизйна пара, енергетична установка.
1. Постановка проблеми
Енергетична установка е важливою частиною ав1ацшно1 наземно! техшки (АНТ), завдяки якш забезпечуеться робота ушх основних функцш АНТ, тому 11 техшчний стан впливае не тальки на експлуатацшну наддйшсть АНТ, але й безпо-середньо пов'язаний з питанням забезпечення безпеки польотав.
Значна частина позапланових зупинок АНТ пов'язана з виходами з ладу елемент1в систе-ми змащення енергетично! установки (ЕУ) АНТ, яю становлять понад 20% вщ загально! юлькосп вщмов, причому значна !х частина обумовлена вщмовами нагштаючого насосу, шдшипниюв кочення, вщкачуючих насошв. Через наднормативний знос пар «плунжер-цилшдр» при наробгтку бшя 4000 мотогодин до 70% з них шдлягае замш! З урахуванням позапланових просто!в АНТ р1чш збитки хендлшгових компанш складають сотш тисяч гривень.
Проблем! тдвищення р1вня експлуатацшно! надшност прецизшних пар присвячена значна юльюсть спещальних дослвджень. Бшьш1сть з них присвячена шдвищенню зносостшкост ро-бочих поверхонь, застосуванню р1зномаштних комплекс1в антифрикцшних присадок та модифжаци оливи впливом р1зних ф1зичних пол1в. Ц дослвдження дали вщповда на багато важливих питань стосовно вказано! проблеми, проте значна !х частина все ще потребуе свого виршення.
Вщомо, що ресурс мехашзму залежить в1д штенсивноси зношування деталей, штенсившсть якого залежить ввд змащувальних властивостей олив [1], таким чином, чим вони
крашд тим менше р1вень зношування поверхонь деталей в процес експлуатацн.
Змащувальна здатшсть середовища виявляеться здатшстю запобпати зношуван-ню поверхонь тертя за умов утворення стшко! гранично! пл1вки [2].
Мщшсть пл1вки залежить вщ наявност в нш активних молекул, !х кшькост та якост [3].
Щкавим питанням для експлуатацп е вивчення процешв утворення тако! пл1вки та оцшка 11 характеристик при обробщ робочо! рщини постшним магштним полем (МП).
2. Виршення проблеми
У якосп робочого середовища для дооиджень використовувалися моторш оливи М10Г2к (мшеральна) та 5W40 (синтетична) та наступна схема тертя: площина-палець, робочий зразок сталь 45, модельне контртшо скло (прозорий матер1ал). Швидюсть 0,1...1,0 м/с, нормальне навантаження 0,5...1,5 МПа. Конструктивно проходження магштних лшш кр1зь об'ем ро-бочого середовища спрямовували таким чином, щоб вони перетинали робочу речовину безпосе-редньо перед потраплянням 11 в робочу зону.
В процес напрацювання робоча поверхня вкриваеться нивками, щшьшсть яких залежить вщ напрямку до МП на робочу рщину. При розмщенш магнтв перпендикулярно до робочого середовища отримаемо, що i при напрямку МП S-N i при напрямi N-S диполi робочо! рiдини будуть розташованi перпендикулярно стосовно робочих поверхонь тертя, однак р]вень зношування буде рiзним [2] . Це пояснюеться тим, що при напрямку МП N-S в дiапазонi
© А.А. Тамаргазин, И.И. Линник, Л.Б. Приймак, 2016
ди силових лшш на робоче середовище оли-ви М10Г2к та 5W40, модифжатори сл1дують напрямку магштних лшш 1з середовища до контрт1ла, тобто силою МП притискаються до поверхн контртша, а пот1м при терт1 значна ¿х частина потрапляе на зразок, таким чином приймаючи активну участь у тдвищенш р1вня зносостшкост1 поверхш В1дпов1дно поверхня характеризуеться наявшстю захисно! пл1вки (ЗП) (60...65% в олив1 М10Гк, 25...30% в 5W40 1 зносостшюстю -0,005 мкм/км в М10Г2к та -0,0065 мкм/км в 5W40.
У випадку, коли МП мае Б-К напрям, магштн1 лш1! спрямованш навпаки: в1д контрт1ла до середовища, тобто модиф1катори оливи виносяться в об'ем робочого середовища, таким чином практично не потрапляють на ро-бочу поверхню. Площа ЗП складае 8...10% для М10Г2к та 2...4% для 5W40, р1вень зношування в1дпов1дно -0,02 .0,04 мкм/км у М10Г2к та -0,02.0,01 мкм/км у 5W40. Але якщо говорити про р1вень зношування без дИ МП в зазначених оливах, тод1 в синтетичнш олив1 5W40 зношування буде нижчим шж в мшеральнш М10Г2к за рахунок наявност1 покращених та вдоско-налених експлуатацшних характеристик ше! синтетично! оливи. При терт1 без ди МП про-дукти напрацювання розташовуються довшьно в олив1 й певна ¿х к1льк1сть переноситься на робочу поверхню, але р1вень розт1кання оливи по поверхн нищий (6 мм2/хв.) шж при д1! на оливу МП (9,5 мм2/хв.), тому р1вень зношування при Б-К напрямку МП та без МП майже не в1др1зняеться.
Таким чином, тсля проведених досл1джень було встановлено оптимальний вплив МП на робоче середовище, а саме його напрям N-8, що шдвищуе зносостшюсть поверхн тертя до 0,01 мкм/км.
Модельш випробування стал1 45 по ЛС59-1 в робочому середовишд, яке знаходиться тд впли-вом МП характеризуються утворенням 1 утри-манням ЗП на поверхш тертя при направленш МП Б-К-Б-К протягом 30. ..40 хвилин в оливах М10Г2к та 5W40, а без МП - 15...20 хв., п1сля чого в обох зазначених випадках проходить процес стирання ЗП.
Таким чином, встановлено оптимальний вплив МП поля на робоче середовище, а саме його напрям (Б-К-Б-К), що сприяе покращен-ню експлуатац1йних характеристик, а саме шдвищенню зносост1йкост1 робочо! поверхн1.
Так як змащувальш матер1али, обробленн1 МП, волод1ють антифрикц1йними та про-тизносними властивостями, тому змшюючи стан змащувального матер1алу використанням енерг1! МП можна покращити експлуатацшш характеристики робочих поверхонь.
Для досл1джень було вибрано наступш об'екти:
— енергетичн1 — вплив МП пост1йного магн1ту на змащувальний матер1ал, з можлив1стю змши потужност1 магн1тно! 1ндукц1! та напрямку магштних л1н1й;
— ф1зичн1: зразок 1з стал1 45, скляне контрт1ло, робоче середовище — моторна мшеральна олива М10Г2к та синтетична 5W40.
П1д час експеримент1в магн1ти створювали пост1йне, р1вном1рне МП, яке впливае на ро-боче середовище поза робочою зоною.
Досл1дження на зносост1йк1сть проводили по схем1 контакту площина-палець. Нормальне навантаження на зразок складало 0,5 МПа, 1,0 МПа та 1,5 МПа, а швидюсть 0,1 м/с, 0,5 м/с, 1 м/с. Для збору статистичних даних зразком служила сталь 2 як модельний матер1ал, поверхнев1 зм1ни на робоч1й поверхш якого проходять значно штенсившше шж на загартованих сталях, а контрт1лом — скло (для проведення мошторингу зм1н на робоч1й поверхн1).
На робочих поверхнях в оливах М10Г2к та 5W40 без впливу МП практично немае ЗП (займають до 1% площ1 тертя), в1дпов1дно штенсившсть зношування в цьому випадку висока, понад -0,02 мкм/км. П1д д1ею МП, з напрямом Б-К, величина магштно! 1ндукц1! складала 0,15 Тл. Топограф1я поверхн1 при цьому характеризуеться наявшстю ЗП (до 4.6% в М10Г2к та 3.5% в 5W40), що пояснюеться тим, що при д1! МП на оливу кшетика ¿! розт1кання п1двищуеться, кут змочування оптим1зуеться в пор1внянн1 1з звичайними умовами, а це в свою чергу покращуе експлуатацшш характеристики робочо! поверхш, а саме, знижуе р1вень зношування за рахунок покращення змащувальних властивостей оливи. Кр1м того МП сприяе 1нтенсивн1шому створенню ЗП на поверхш тертя зразка, при цьому дещо тдвищуеться р1вень зносостшкоста до -0,005 мкм/км в М10Г2к та -0,008 мкм/км в 5W40.
П1двищенням величини магн1тно! 1ндукц11 до 0,3 Тл з напрямом МП Б-К-Б-К поверхн1 тертя характеризуються значною к1льк1стю продукт1в, що беруть участь у створенш ЗП (8...12 % площ1 поверхн1 в М10Г2к та 5...9% в 5W40). Це говорить про те, що парамагштш та д1амагштш модиф1катори робочо! р1дини намагн1чуються в зон1 д1! МП, 1 виштовхуючись ос1дають на поверхню, що треться, 1нтенсивн1ше н1ж при 0,15 Тл. Кр1м того, намагшчеш модиф1катори оливи в робоч1й зон1 активно упроваджуються в поверхню, саме тому проходять процеси п1двищення зносост1йкост1
матер1алу, а саме до -0,003 мкм/км в середовишд М10Г2к та до -0,0045 мкм/км в 5W40.
При напрям1 магштних лшш S-S-N-N поверхш тертя характеризуються значним р1внем зношування, оскшьки на них практично не спостериаються ЗП, що пояснюеться тим, що як парамагштш, так i феромагштш модиф1катори, слiдуючи напряму МП, виносяться в об'ем робочого середовища й iнтeнсивнiсть ïx потрапляння в зону тертя е низькою. Таким чином, поверхня не захищена плiвками та значно зношуеться до -0,03 мкм/км в М10Г2к та до -0,04 мкм/км в 5W40.
Отже, постiйне МП при впливi на змащувальне робоче середовище значно покращуе експлуатацiйнi характеристики, а саме шдвищуе зносостшюсть сталi 2 в направленому МП з напрямками S-N та S-N-S-N в основному за рахунок змщення модифiкаторiв оливи до робочоï зони, шдвищення рiвня кiнетики ïï розтiкання на поверхш тертя та оптимiзацiï кута змочування. Було з'ясовано, що з шдвищенням величини магнiтноï iндукцiï МП, за умов його впливу на ММ, знижуеться коефщент тертя.
Через те що поршень плунжерного насосу зазвичай виготовляють iз загартованоï на мартенситну структуру стал^ то актуальним було провести модельне дослщження, де робочий зразок буде виготовлений iз зазначеного матерiалу.
Виходячи iз результаив дослiджень, поверхонь зразкiв та результапв отриманих даних вiдповiдно до навантаження, можна сказати, що зносостiйкiсть поверхонь тертя, як i в попередньому випадку iз сталлю 2, залежить вiд напрямку магнiтниx лiнiй, що ддать на робоче середовище та магнiтноï iндукцiï, величина якоï впливае на рiвень кiнетики розтiкання оливи по робочш поверxнi, кута змочування та спрямування ïï модифiкаторiв.
Найбшьш iнтенсивний меxанiзм тдаищення зносостiйкостi робочоï поверxнi сталi 45, як i у сталi 2, спостерiгаeться при S-N-S-N розмщенш магнiтiв, оскльки, як було рангше визначено в другому роздт, саме пiд дieю МП юнетика розтiкання оливи пiдвищуeться до 9 мм2/хв., а кут змочування становить 2,5°, що й пояснюе рiвень зносостiйкостi поверхн1 тертя до -0,0025 мкм/км в середовишд М10Г2к та до -0,003 мкм/км в 5W40. Aналiзуючи отриманi результати потрiбно зауважити, що такий параметр як нормальне навантаження мае значний вплив на р1вень зносостiйкостi, а саме, iз збiльшенням навантаження на робочу поверхню шдвищуеться рiвень зношування . В xодi дослiджень було також встановлено,
що коефiцieнт тертя сталi 45 по скляному контртшу в робочому середовищi М10Г2к та 5W40 щц дieю МП знижуеться, а це сприяе зниженню рiвня зношування та шдвищенню зносостiйкостi поверхонь .
Для проведення мониторингу процесу тертя пари метал-метал доцшьним е збiр статистичних даних стосовно характеру вiбрацiйниx характеристик при змiнi трибологiчного стану поверхш при терта сталi по склу, з подальшим перенесенням результапв на пару метал-метал, оск1льки, як зазначалося в роботi [1], природа процесу зношування та юнетика його розвитку тюно пов'язанi iз станом змащувального шару, а робочий стан робочоï рiдини та зовнiшнiй вплив в обох випадках iдентичнi .
Реальна прецизшна пара в процес1 експлуатаци це стальний поршень (мартенситно! структури) по латунному цилiндру, тому доцшьним було дослвдити саме цю робочу пару на пiдвищення зносостшкост у робочому середовищi, обробленому МП .
Для проведення експерименту було використано латунне контртшо iз ЛС59-1 та сталь 45, як зразок, та оливи М10Г2к та 5W40, як робочi середовища. Час проведення до^джень визначено за допомогою накопичення даних при попередшх дослiдженняx змш на робочих поверхнях за рахунок того, що контртшом було скло та заздалепдь визначено оптимальн1 параметри проведення експерименту.
Таким чином, мехашзм пiдвищення зносостiйкостi буде таким самим, що i у випадку iз контртшом склом тшьки iнтенсивнiшим за рахунок того, що у процес створення ЗП на поверхш крiм модифiкаторiв оливи прийматимуть участь ще й латунш складов! контртша.
Змащувальне робоче середовище значно шдвищуе зносостшисть сталi 45 в направленому МП 0,3 Тл, за рахунок змщення модифiкаторiв оливи в робочу зону, шдвищення р!вня кшетики розтiкання оливи по ро6оч!й поверхш та оптимiзацiï кута змочування, що в свою чергу шдвищуе рiвень зносостшкосп до -0,0012 мкм/км в М10Г2к та до -0,0016 мкм/км в 5W40. Також з'ясовано, що коефщент тертя сталi 45 по ЛС59-1 в робочому середовищi знижуеться з шдвищенням величини магнiтноï шдукци.
Висновки
У результатi проведених дослвджень було встановлено, що п!д доею МП на робоче середовище зносостшюсть поверхонь зростае в 1,5 рази в пор!внянш !з р!вжм зносост!йкост1 без впливу МП . Це пояснюеться тим, що енер-гетичний додаток МП в оливу, складае 11,8%,
(тдвищуеться р1вень кшетичного розтжання оливи на 37%, оптим1зуеться кут змочування — 87%, тдвищуеться и температура на 5%). В ход1 проведення експериментав було з'ясовано, що експлуатацшш параметри поверхш сталей в оброблених МП робочих середовищах, а саме максимальний р1вень зносостшкост поверхш тертя, спостер1гаеться при S-N-S-N напрямку МП при 0,3 Тл магштно! шдукцп i становить до -0,03...0,04 мкм/км за рахунок високого рiвня кiнетичного розтжання оливи до 9,5 мм2/хв. та кута змочування 2,5°, це в свою чергу дозволяе покращити техшчний стан прецизшно! пари.
Лггература
1. Дмитриченко М. Ф. Смазочное действие смазок и водно-гликолевых жидкостей в условиях сильной смазки и масляного голодания локального контакта трения [Текст] : дис д-ра техн. наук / Дмитриченко М. Ф. — К. : НАУ, 1991. - 386 с.
2. Костецкий Б. И. Трение, смазка и износ в машинах [Текст] / Б. И. Костецкий. — К.: Техшка, 1970. — 396 с.
3. Мышкин Н. С. Трибология в работах В. А. Белого [Текст] / Н. С. Мышкин, М. И. Петроковец, Ю. М. Плескачевский // Трение и износ. — 2002. — №3(23). — С. 236-246.
Поступила в редакцию 31.05.2016
А.А. Тамаргазин, И.И. Линник, Л.Б. Приймак. Влияние магнитного поля на эксплуатационные характеристики прецизионнык пар энергетических установок авиационной наземной техники
Рассматриваются результаты исследований влияния магнитного поля на рабочую среду при наличии и без наличия в составе масла модельных нанопорошковразличной магнитной природы и его взаимосвязь с рабочими поверхностями прецизионных пар,работающих в современных энергетических установках авиационной наземной техники. Исследования проводились с минеральными и синтетическими маслами при их обработке постоянным магнитным полем различной конфигурации. Полученные результаты позволяют выполнить модернизацию систем смазки энергетических установок авиационной наземной техники в эксплуатационных условиях с целью управления ресурсом отдельных агрегатов и узлов.
Ключевые слова: масло, магнитное поле, прецизионная пара, энергетическая установка.
A.A. Timirgazin, I.I. Linnik, L.B. Pryimak. The influence of magnetic field on performance characteristics precision steam power plants aviation ground equipment
The article discusses the results of studies of magnetic field effect on the working medium in the presence and without the presence of the oil composition of different magnetic nanopowders model of nature and its relationship with work surfaces precision pairs working in contemporary power plants aviation ground equipment. The studies were conducted with mineral and synthetic oils during processing with a constant magnetic field of various configurations. The obtained results allow the upgrade of the lubrication systems of power plants aviation ground equipment in operating conditions to manage the resource of the separate units and units.
Keywords: oil, magnetic field, precision pair, power plant.
