CC BY
14
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
УДК 621. 891
ВЗАСМОЗВ'ЯЗОК М1Ж ШВИДК1СТЮ ЗНОШУВАННЯ I ДИСПЕРСН1СТЮ ЧАСТИНОК ЗАБРУДНЕНЬ У РОБОЧ1Й Р1ДИН1 Г1ДРОПРИВОД1В
G.C. Венцель, проф., д.т.н., О.В. Орел, доц., к.т.н, Хар^вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Отримано р1вняння для швидкост1 зношуеання з урахуеанням взаемодИ' заряджених частинок зношення з поеерхнями тертя. Показано, що швидюстъ зношуеання iv може бути презентована як спадаюча функция коефщента протизношуеалъних еластиеостей Kj робочог piduHU, який е в1дношенням KÙbKoemi dpiÔHoducnepcnux частинок до KÙbKoemi грубодисперсних з eidnoeidHUMU коеф1ц1ентами.
Ключов1 слова: робоча piduna, коеф1ц1ент протизношуеалъних еластиеостей, zidponpueid, забруднення, тертя.
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ СКОРОСТЬЮ ИЗНАШИВАНИЯ И ДИСПЕРСНОСТЬЮ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
ГИДРОПРИВОДОВ
Е.С. Венцель, проф., д.т.н., А.В. Орел, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Получены уравнения для скорости изнашивания с учетом взаимодействия заряженных частиц износа с поверхностями трения. Показано, что скорость изнашивания iv может быть представлена как ниспадающая функция коэффициента противоизносных свойств Kj рабочей жидкости, который является отношением количества мелкодисперсных частиц к количеству крупнодисперсных с соответствующими коэффициентами.
Ключевые слова: рабочая жидкость, коэффициент противоизносных свойств, гидропривод, загрязнения, трение.
RELATIONSHIP BETWEEN THE RATE OF WEAR AND DISPERSION OF PARTICLES OF POLLUTION IN THE HYDRAULIC DRIVE WORKING FLUID
Ye.Ventsel, Prof., D. Sc. (Eng.), O. Orel, Assoc. Prof., Cand. Sc. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. Equations for the rate of wear have been obtained with allowance for the interaction of charged wear particles with friction surfaces. It is shown that the wear rate iv can be represented as a descending function of the coefficient of antiwear properties Kj of the working fluid, which is the ratio of the number of fine particles to the number of coarsely dispersed particles with the corresponding coefficients. At the same time, with increasing Kj, the wear rate iv increases.
Key words: working fluid, antiwear properties coefficient, hydraulic drive, pollution, friction.
Вступ
Дослщження трибосистем завжди вимагае комплексного шдходу до пов'язаних i3 ними
проблем через багатокомпонентшсть, бага-тофакторшсть та вщкритють таких систем. Остання обставина спричиняе основний ме-тодолопчний принцип дослщження - термо-
динам1чнии шдх1д до анал1зу В1дкритих систем.
Анал1з публжацш
Зпдно з термодинам1чною концепщею пове-рхневий шар можна розглядати як вщкриту термодинам1чну систему, здатну обмшюва-тися енерпею й речовиною з навколишшм середовищем 1 яка характеризуеться комплексом штенсивних характеристик.
Характер фрикцшно! взаемодп м1ж поверх-нями тертя та !х зношуванням багато в чому залежить вщ особливостей стану дисперсних частинок домшок забруднень, яю знаходять-ся м1ж цими поверхнями 1 входять до складу багатокомпонентно! вщкрито! дисипативно! системи, якою е вузол тертя.
Стушнь дисперсност1 частинок, !х концент-ращя I характер розподшу концентрацп за розм1ром частинок справляють суттевий вплив як на ф1зико-мехашчш, так 1 на екс-плуатацшно-триболопчш характеристики пар тертя (головним чином, на силу тертя й штенсившсть зношування). У зв'язку з цим вважаеться доцшьним розглянути питания про корелящю м1ж особливостями, що при-таманш дисперсним (особливо тонкодиспер-сним електрично зарядженим) частникам домшок, 1 триболопчними характеристиками вузла тертя (у першу черту, силою тертя й штенсившстю (швидюстю) зношування).
Як вщомо, при визначенш класу чистоти РР за ДСТУ ГОСТ 17216:2004 за допомогою шдексу забрудненосп не враховуються частники забруднень розм1ром 5 мкм 1 менше, а саме вони, зпдно з л1тературними даними [1-3 та ш.], знижують штенсивнють зношування вузл1в тертя, що пояснюеться тим, що щ частники здатш:
- завдяки розвинутш питомш поверхш адсор-бувати на соб1 продукти окисления РР, пере-творюючись таким чином на природну про-тизношувальну присадку;
- зменшувати електростатичне зношування у результат! шдвищення електропровщносп граничних пл1вок РР;
- швелювати шорсткосп поверхонь, змен-шуючи тиск у сполученнях, а отже, знизити можливють мшросхоплювання.
Тому в [4] було запропоновано використову-вати коефщ1ент К^ протизношувальних вла-стивостей РР, який визначаеться з р1вняння
К =
пп ■ 5
П5-10 ■10 + П10-25 ■ + П25-50
п5 ■ 5
(1)
50 + П50—100 ^100 + П100-200 ■ 200
де пп - кшьюсть частинок забруднень розм1-ром 5 мкм I менше; и5-10; и10-25 тощо - кшьюсть частинок забруднень розм1ром понад 5 I до 10 мкм, понад 10 I до 25 мкм тощо у 100 см3 РР для кожного з 10 клас1в чистоти за ДСТУ ГОСТ 17216:2004.
Мета 1 постановка завдання
Метою дослщження е встановлення взае-мозв'язку м1ж швидюстю зношування поверхонь тертя I яюсним складом частинок забруднень у робочш рщиш (РР) пдропривод1в.
Взаемозв'язок м1ж швидкктю зношування 1 днсперсшстю частинок забруднень
Було розглянуто процес зношування трибо-систем для модел1 електростатично! взаемоди тонкодисперсних заряджених частинок зношування з поверхнею тертя. При цьому вважалося, що др1бнодисперсш частники знаходяться зазвичай у зарядженому сташ, що пов'язано з термоелектронною емю1ею, а також з наявнютю р1знищ х1м1чних потенща-л1в м1ж частниками зносу I РР або елемента-ми вторинних структур. Величина заряду q дисперсно! частники пов'язана з И розм1ром а виразом [5]
q = 4пб0вф0а ■ ехр | - —
а
(2)
де в - Д1електрична проникн1сть середовища; в0- електрична стала; ф0- потенщал вихо-ду; а - розм1р частинок забруднень; Э - ра-д1ус деба!вського екранування заряджених частинок.
В основу термодинам1чного шдходу лягло таке:
- у поверхневому шар1 зношування матер1а-лу можна видшити об'ем, що знаходиться у сташ локально! р1вноваги;
- процеси тертя та зношування можуть бути описаш р1вняннями енергетичного балансу;
- швидюсть деструкцп визначаеться швидкь стю генерування ентропп, тобто продукуван-ням ентропп.
вщношення кшькосп др1бнодисперсних частинок до кшькосп решти частинок, тобто
к =
(5)
На основ! ще! концепцп було отримано таке р1вняння балансу частинок зношування
П = П0 — П0б + Пег:
(3)
де пу — загальна об'емна концентращя частинок зношування у вузл1 тертя; п0 - концентращя частинок зношування, що генеру-ються безпосередньо поверхнями тертя; пех — концентращя частинок зношування, що ви-носяться з вузла тертя; п^ — концентращя
частинок, що генеруються всередиш вузла тертя за рахунок внутршшх процес1в, яю протшають у вузлг
Ця ж концепщя, у поеднанш з вщомою теоремою I. Пригожина про мшм1защю проду-кування ентропп, дозволила отримати р1в-
няння для швидкосп зношування у вигляд1
к = 2,8-10—5 С-
Ф,
Ра ■
1 — (0> .А )К ьп н/
х k.
п . 1/
(1--^ )/з
п
'Ч п 4/ ( ех )/3
де С - товщина деформованого шару тертя; kЧ — коефщент пропорцшносп м1ж концент-
ращею заряджених частинок зношування та 1х загальною концентращею; 5 — величина подвшного електричного шару.
Вщношення —06 = 9 можна трактувати як
п
частину др1бнодисперсних частинок у пов-ному ансамбл1 частинок забруднень через те, що з вузла тертя виносяться, головним чином, др1бнодисперсш частники, 1 вважати його протизношувальним параметром. Цю величину можна пов'язати ¿з запропонова-ною величиною коефщента протизношува-льних властивостей К:, що визначаеться як
де по « пех — об'емна концентращя др1бно-дисперсних частинок.
Очевидно, що м1ж протизношувальним параметром 0 й коефщентом протизношува-льних властивостей К: юнуе зв'язок, який мае вигляд сшввщношення
9 = ■
К:
1 + К,
(6)
Тод1 р1вняння (4) для швидкосп зношування вузла тертя набувае вигляду
1„ = 2,8-10 С-
Ф,
Д ^ Я
1—(а*. р Л
Ьо н:
(7)
1/ п . 1/ 14/ х кп?(1 — — /3(1 + —/3. п„ К:
Як можна бачити з р1вняння (7), з1 збшьшен-(4) ням величини коефщента К: протизношу-
вальних властивостей РР штенсившсть зношування зменшуеться.
Безпосереднш розрахунок швидкосп зношування за щею формулою стикаеться з труд-нощами, спричиненими недостатньою визна-ченютю низки параметр1в, що входять до ще! формули (наприклад, товщини подвшного електричного шару 5, розм1ру дисперсних частинок а, !х концентрацп п тощо). Щоб запоб1гти цим труднощам, можна знайти зв'язок м1ж вщносними змшеннями величин й К:, виходячи з того, що у стацюнарному
сташ основш триботехшчш характеристики вузла тертя не зазнають ютотних змш, а та-кож вважати, що коефщент К: суттево
впливае на процес зношення. У такому раз1 логарифм1чне диференщювання дозволяе визначити зв'язок м1ж вщносною величиною швидкосп зношування й коефщентом про-тизношувальних властивостей К:
п
о
х
п
V
ч i„
4 AK,
3(1 + К, ) К,
(8)
Знак «мшус» у правш частиш цього виразу шдтверджуе зменшення швидкосп зношування за збшьшення коефщ1ента протизношува-льних властнвостей, тобто 3Í збшьшенням останнього швидюсть зношування зростае.
Висновок
На ochobí отрнманнх р1внянь швидюсть зношування може бути презентована як спа-даюча функщя коефщ1ента протизношуваль-них властивостей К,, який е вщношенням
юлькосп др1бнодисперсних частинок до гру-бодисперсних, тобто iv =ДК;). При цьому 3Í збшьшенням величини коефщ1ента К. швидюсть зношування зростае.
Лггература
1. Венцель C.B. Применение смазочных ма-
сел в двигателях внутреннего сгорания / C.B. Венцель. - М.: Химия, 1979. - 240 с.
2. Венцель Е.С. Улучшение эксплуатацион-
ных свойств масел и топлив: монография / Е.С. Венцель. - X.: ХНАДУ, 2010. - 224 с.
3. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и
безизносность): учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. / Д.Н. Гаркунов. - М.: Издательство МСХА, 2001. - 616 с.
4. Венцель Е.С. Гранулометрический состав
загрязнений как один из факторов, определяющих противоизносные свойства масел / Е.С. Венцель // Трение и износ. - 1992. - T. Х111, №4. - С. 683-688.
5. Goertz C.K. Dusty plasmas in the Solar
system / C.K. Goertz // Reviews of Geophysics. - 1992. - Vol. 27, no. 2. -P.271-272.
Рецензент: I.Г. Кириченко, професор, д.т.н., ХНАДУ.
