CC BY
2
The article presents the results of experimental studies of tribotechnical properties of lubricating compositions based on I-20A oil, depending on the concentration of ultra-alkaline calcium sulfonate in them. It has been established that the addition of ultra-alkaline calcium sulfonate to the base oil I-40A in various concentrations contributes to an increase in the limiting load capacity of the lubricating layer, its bearing capacity, extreme pressure and anti-wear properties. The patterns of changes in the tribotechnical characteristics of lubricating compositions depending on the concentration of ultra-alkaline calcium sulfonate have been revealed.
Key words: welding load, bully index, critical load, wear index, ultra-alkaline calcium sulfonate, lubricating oil.
Shulgin Igor Andreevich, postgraduate, igorshulgin@polihimnpp. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,
Breki Alexander Dzhalyulevich, doctor of technical sciences, professor, leading researcher at the friction and wear laboratory, albreki@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Institute of Problems of Machine Science of the Russian Academy of Sciences,
Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, starikov_taii@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sedakova Elena Borisovna, doctor of technical sciences, professor, head of the friction and wear laboratory, elenasedakova2006@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Institute of Problems of Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences,
Tsvetkova Galina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, tsvetkova_gv@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
УДК 539.621
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-8-252-253
ЗАВИСИМОСТИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА
ОСНОВЕ МАСЛА И-20А ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ДИАЛКИЛДИТИОФОСФАТА ЦИНКА
И.А. Шульгин, А.Д. Бреки, С.Г. Чулкин, Г.В. Цветкова, Н.Е. Стариков
В статье приведены результаты экспериментальных исследований триботехнических свойств смазочных композиций на основе масла И-20А в зависимости от концентрации в них диалкилдитиофосфата цинка. Установлено, что добавление диалкилдитиофосфата цинка в базовое масло И-20А в различных концентрациях способствует повышению предельной нагрузочной способности смазочного слоя, его несущей способности, противозадирных и про-тивоизносных свойств. Выявлены закономерности изменения триботехнических характеристик смазочных композиций в зависимости от концентрации диалкилдитиофосфата цинка.
Ключевые слова: нагрузка сваривания, индекс задира, критическая нагрузка, показатель износа, диалкил-дитиофосфат цинка, смазочное масло.
Диалкилдитиофосфат цинка является одной из самых широко применяемых присадок к маслам, в том числе масляным СОЖ. Эта присадка увеличивает окислительную стабильность масла, нейтрализует кислые продукты окисления, защищая от коррозии, а также образует трибологическю плёнку на поверхности металла, значительно уменьшающую износ. Механизм его антиокислительного воздействия был хорошо изучен и заключается в поглощении гидроперекисей и свободных радикалов [1]. Противоизносные свойства и механизм образования трибологической плёнки диалкилдитиофосата цинка также хорошо изучен [2-4]. Диалкилдитиофосфат цинка в растворе в масле может находиться в сольватированном виде или в форме димеров. Он способен хемосорбироваться на поверхности металла. Затем, происходит более глубокая реакция, ионный обмен цинка на железо и связь образовавшейся молекулярной плёнки с поверхностью металла усиливается. При более сильном механическом или термическом воздействии реакция идёт более полно, диалкилдитиофосфат цинка разлагается с образованием неорганических сульфидов цинка и железа. За счёт образования последних диалкилдитиофосфат цинка, находясь в среде базового смазочного масла, может проявлять некоторые противозадирные свойства.
Одним из распространённых смазочных масел является масло марки И-20А, не содержащее присадок, применяющееся в машинах и механизмах промышленного оборудования, условия работы которых, не предъявляют особых требований к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел [5]. Если же такие требования появляются, наряду с повышением противоизносных свойств и несущей способности смазочного слоя в условиях интенсификации нагрузок и скоростей в современных механизмах и машинах, то возникает необходимость введения присадок в масло И-20А. Поскольку триботехнические свойства смазочных композиций на основе масла И-20А, содержащих диалкилдитиофосфат цинка изучены недостаточно, то возникает необходимость данных поисковых исследований, особенно в условиях импортозамещения.
Материалы и методика исследования. Для приготовления смазочных композиций использовались базовое масло И-20А по гост ГОСТ 20799-88 [5] (табл.1).
Таблица 1
Характеристики базового масла И-20А |5|_
Наименование показателя Допустимые значения по ГОСТ
Вязкость кинематическая при 40°С, мм2/с 29-35
Кислотное число, мг КОН/г, не более 0,03
Температура, °С: вспышки в открытом тигле, не ниже 200
Температура, °С: застывания, не выше -15
Цвет, ед. ЦНТ, не более 2,0
Зольность, %, в пределах 0,005
Массовая доля, %: серы, не более 1,0
Стабильность против окисления приращение кислотного числа, мг КОН/г, не более: 0,30
Стабильность против окисления приращение смол, %, не более: 2,0
В качестве присадки был использован диалкилдитиофосфат цинка в диапазоне концентрации (по массе) от 0 до 10% с шагом 1%.
Исследования проводились на четырехшариковой машине трения ЧМТ-1 в соответствии с ГОСТ 9490-75 [6, 9, 10]. Определялись такие триботехнические характеристики смазочных композиций как показатель износа йи, индекс задира Из, критическая нагрузка Рк и нагрузка сваривания Рс, после чего строились их зависимости от концентрации присадки С.
На основании анализа диаграммы рассеяния и опыта предыдущих исследований, формировали уравнение регрессии триботехнической характеристики У по X (концентрации С) [7]. Параметры выбранного уравнения находили, применяя метод наименьших квадратов. На основании экспериментальных данных изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии У по X.
Для оценки тесноты связи в нелинейной регрессионной модели вычисляли индекс корреляции по формуле
[7, 8]: _
д = Ь -Щ^-*02, (1)
где Лух — индекс корреляции, ух1 — теоретическое значение результирующего признака у (рассчитанное по уравнению регрессии), — значение результирующего признака у, у — среднее арифметическое, Щх — коэффициент детерминации.
Для расчёта Лух составляли специальную вспомогательную таблицу. Оценивали значимость уравнения регрессии У по X. Полученное уравнение регрессии значимо на уровне а, если фактически наблюдаемое значение статистики [8]:
р = *ух . пр-тх-1 > р (2)
ГехР 1—КуХ тх ^ га-ЛгЛ2, где тх — число параметров при переменной х. Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 = тх и к2 = пр — тх — 1.
Результаты и их обсуждение. На основе полученных экспериментальных результатов реализовали выявление закономерностей изменения триботехнических характеристик в зависимости от концентрации диалкил-дитиофосфата цинка в масле. Данные для проведения регрессионного анализа приведены в сводной таблице 2.
Таблица 2
Данные для регрессионного анализа _____
Концентрация диалкилдитиофосфата цинка С, % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рс, кГс 106 141 141 150 150 160 168 168 178 184 188
Р„, кГс 47 71 68 71 75 75 75 82 86 90 95
Из, кГс 18 30 28 30 31 31 33 36 36 38 41
D„, кГс 0,56 0,29 0,33 0,32 0,32 0,3 0,31 0,32 0,33 0,31 0,3
На основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии нагрузки сваривания Рс по С:
Рс(С) = РС0 + Ip^C + АРС — (3)
где Рс — нагрузка сваривания, С -концентрация присадки, Рс0 — величина нагрузки сваривания при концентрации присадки С = 0, 1рс — интенсивность линейного изменения нагрузки сваривания с ростом концентрации, АРс —приращение нагрузки сваривания при её нелинейном изменении, уРс — резкость нелинейного изменения нагрузки сваривания.
Параметры выбранного уравнения (3) находили, применяя метод наименьших квадратов:
Рс(С) = 106 + 5,6 -С + 26 — (4)
сч J 1+12С
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Рс(С) по С (рис.1).
Для расчёта RPcC и F-критерия составляли специальную вспомогательную таблицу (табл.3). Индекс корреляции между Рс и С вычисляли по формуле (1):
Крсс =
N
t-APa — PÁCi ))2
1 с-= 0,9936.
I^^i(Pd—Pc)2
Значимость уравнения регрессии (4) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
253
Р =
ехр 1-0,99362 2
250*^(0,кГс
200 > ^п.05й;8
150 -I-(
100? 26 Рс(С) = 132-5,6 С --
1-12 С 50-
С,%
-1-1-1-1-1+2 4 6 8 10
Рис. 1. Зависимость Рс от С
Таблица 3
Таблица для расчёта ЯРС и ¡ '-критерия_
п„ Ра Рс(Сд (Ра — Рс)2 (Ра — Рс(Сд)2
1 0 106 106 2666,314 0
2 1 141 135,6 276,7686 29,16
3 2 141 142,16 276,7686 1,3456
4 3 150 148,1 58,31405 3,61
5 4 150 153,87 58,31405 14,9769
6 5 160 159,57 5,586777 0,1849
7 6 168 165,24 107,405 7,6176
8 7 168 170,89 107,405 8,3521
9 8 178 176,53 414,6777 2,1609
10 9 184 182,16 695,0413 3,3856
11 10 188 187,785 921,9504 0,046225
Среднее 157,6364
Сумма 5588,545 70,83983
Фактическое значение F-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к, = 2 и к2 =8. Табличное значение равно Р0 05.2-8 = 4,46. Поскольку Рехр > Р005.2.8 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации ЛрсС = 0,987 показывает, что вариация нагрузки сваривания на 98,7% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки диалкилдитиофосфата цинка. Соответственно вариация нагрузки сваривания на 1,3% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
Далее, на основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии критической нагрузки Рк по С:
Рк(С)= Рк0 + ¡р^С + АРк —(5) где Рк — критическая нагрузка, Рк0 — величина критической нагрузки при концентрации присадки С = 0, 1Рк — интенсивность линейного изменения критической нагрузки с ростом концентрации, АРк —приращение критической нагрузки при её нелинейном изменении, уРк — резкость нелинейного изменения критической нагрузки.
Параметры выбранного уравнения (5) находили, применяя метод наименьших квадратов:
Рк(С) = 47 + 2,82 •С + 16--—. (6)
кч ' 1+10 С у '
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Рк(С) по С (рис.2).
150--Рк(С),кГс 1209060 30-
Рехр > ^0.05;2;8
РЕ(С) = 63 -2,82- С-
16
1 - 10- С
С,%
—Ь»-
2 4 6 8
Рис. 2. Зависимость Рк от С
10
Для расчёта РРкС и F-критерия составляли вспомогательную таблицу (табл.4).
254
Таблица 4
Таблица для расчёта ЯРС и ¡ '-критерия_
п„ с1 Рк1 Рк(Сд (Рк1 - Рк)2 (Рк1 - Рк(Сд)2
1 0 47 47 835,7355372 0
2 1 71 64,36545 24,09917355 44,01719399
3 2 68 67,8781 62,55371901 0,01486078
4 3 71 70,94387 24,09917355 0,003150465
5 4 75 73,88976 0,826446281 1,232641517
6 5 75 76,78627 0,826446281 3,190776589
7 6 75 79,6577 0,826446281 21,69421494
8 7 82 82,51465 37,09917355 0,264862461
9 8 86 85,36247 101,8264463 0,406445648
10 9 90 88,20418 198,553719 3,224984557
11 10 95 91,04158 364,4628099 15,66905565
Среднее 75,90909
Сумма 1650,909091 89,71818659
Индекс корреляции между Рк и С вычисляли по формуле (1):
Кркс =
N
1 -
Ъ^Рй-Р« (ср)2
ЪЦРш-Р*)2
= 0,9724.
Значимость уравнения регрессии (6) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
„ 0,97242 11-2-1 ,
еех„ =----= 69,6.
ехр 1-0,97242 2
Фактическое значение Е-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 =2 и к2 =8. Табличное значение равно Р0,05; 2; 8 = 4,46. Поскольку Рехр > Р0 05.2;8 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации ЩКс = 0,946 показывает, что вариация критической нагрузки на 94,6% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки диалкилдитиофосфата цинка. Соответственно вариация критической нагрузки на 5,4% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
На основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии индекса задира Из по С:
Из(С) = Изо + Vе + шз - Т+И^, (7)
где Из - индекс задира, Из0 - величина индекса задира при концентрации присадки С = 0, И - интенсивность линейного изменения индекса задира с ростом концентрации, АИз -приращение индекса задира при его нелинейном изменении, уИз - резкость нелинейного изменения индекса задира.
Параметры выбранного уравнения (7) находили, применяя метод наименьших квадратов:
Из(С) = 18 + 1,3 •С + 8,5 .
(8)
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Из(С) по С (рис.3).
И3(С),кГс
> '' о,052:8
И ,(С) = 26,3 -1,3 С -
С,%
2 4 б 8 10
Рис. 3. Зависимость Из от С
Для расчёта РИ с и Е-критерия составляли вспомогательную таблицу (табл.5).
Таблица для расчёта ЯИ с и критерия
Таблица 5
п„ с1 Из1 И3(Сд (И3(-И3)2 (Из1-И3(Сд)2
1 0 18 18 196 0
2 1 30 26,7375 4 10,64390625
3 2 28 28,53333 16 0,284444409
4 3 30 30,01364 4 0,000185951
5 4 31 31,4069 1 0,165564843
6 5 31 32,76389 1 3,111304052
7 6 33 34,10233 1 1,215121728
8 7 36 35,43 16 0,3249
9 8 36 36,75088 16 0,563816569
10 9 38 38,06719 36 0,00451416
11 10 41 39,38028 81 2,623487371
Среднее 32
Сумма 372 18,93724533
Индекс корреляции между Из и С вычисляли по формуле (1):
пи3С =
N
1—
^(Из-Ысд)2 !.Ы1(Из1-Щ)2
= 0,9742.
Значимость уравнения регрессии (8) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
„ 0,97422 11-2-1 _ . ,
грт =-т--= 74,6.
ехр 1-0,97422 2
Фактическое значение F-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 =2 и к2 =8. Табличное значение равно ^0,05; 2; 8 = 4,46. Поскольку Рехр > Р0 05.2.8 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации Кщс = 0,949 показывает, что вариация индекса задира на 94,9% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки диалкилдитиофосфата цинка. Соответственно вариация индекса задира на 5,1% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
Далее, на основании априорной информации, диаграммы рассеяния, опыта предыдущих исследований, сформировали уравнение регрессии показателя износа йи по С:
(9)
А.СО= тЕ2^ +
1+Уо^С
где йи — показатель износа, йи0 — величина показателя износа при концентрации присадки С = 0%, йиА — величина показателя износа в диапазоне концентрации, на котором отсутствует существенное влияние присадки, уВи — резкость нелинейного изменения показателя износа.
Параметры выбранного уравнения (9) находили, применяя метод наименьших квадратов:
0и(С)= ^^^ + 0,305.
(10)
1+16С
По данным таблицы 2 изображали диаграмму рассеяния и на ней строили график уравнения регрессии Ои(С) по С (рис.4).
1--Ои(С),мм
0.6 0.4 0.2
О, 56-0,305 °-ССЗ= 1 +16 с +с'305
I '' 05:1:9
2 4 6 8 10
Рис. 4. Зависимость йи от С
Для расчёта Н0иС и F-критерия составляли вспомогательную таблицу (табл.6).
Таблица для расчёта Яв с и ¡-критерия
Таблица 6
Ои: °и( С д (В и ,—В„)2 (В и ,—Ви( С )2
1 0 0,56 0,56 0,050420661 0
2 1 0,29 0,32 0,002066116 0,0009
3 2 0,33 0,312727 2,97521Е-05 0,000298346
4 3 0,32 0,310204 0,000238843 9,59597Е-05
5 4 0,32 0,308923 0,000238843 0,000122698
6 5 0,3 0,308148 0,001257025 6,63915Е-05
7 6 0,31 0,307629 0,000647934 5,62212Е-06
8 7 0,32 0,307257 0,000238843 0,000162394
9 8 0,33 0,306977 2,97521Е-05 0,000530072
10 9 0,31 0,306759 0,000647934 1,05067Е-05
11 10 0,3 0,306584 0,001257025 4,33477Е-05
Среднее 0,335455
Сумма 0,057072727 0,002235338
Индекс корреляции между йи и С вычисляли по формуле (1):
кв„с =
М
1 —ЦФ^»2 =0,98.
Ю2 ,
и,
Значимость уравнения регрессии (10) проверяли с помощью критерия Фишера по формуле (2):
0,982 11-1-1
=
1ехр 1_
0,982
■ = 220.
Фактическое значение F-критерия Рехр сравнивали с табличным при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к1 = 1 и к2 =9. Табличное значение равно ^05;1. 9 = 5,117. Поскольку Рехр > ^0,05; 1;9 то на уровне значимости 0,05 признаётся статистическая значимость уравнения регрессии в целом. Коэффициент детерминации й пиС = 0,96 показывает, что вариация показателя износа на 96% обусловлена регрессией или изменчивостью концентрации присадки диалкилдитиофосфата цинка. Соответственно вариация показателя износа на 4% обусловлена воздействием неучтённых в модели переменных, к которым относятся химический состав базового масла И-20А, а также характеристики масла, приведённые в таблице 1 и другие.
Заключение. На основании проведённого исследования можно сделать следующие основные выводы:
1. При увеличении концентрации диалкилдитиофосфата цинка в смазочном масле И-20А наблюдается повышение предельной нагрузочной способности смазочного слоя, характеризуемой нагрузкой сваривания. Нагрузка сваривания меняется нелинейно на диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 0 до = 2%, при превышении 2% наблюдается её линейный рост. Нагрузка сваривания в диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 2 до 10% оказалась на 25-43,6% больше, чем у базового масла.
2. При увеличении концентрации диалкилдитиофосфата цинка в смазочном масле И-20А наблюдается повышение несущей способности смазочного слоя, характеризуемой критической нагрузкой. Критическая нагрузка меняется нелинейно на диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 0 до = 2%, при превышении 2% наблюдается её линейный рост. Критическая нагрузка в диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 2 до 10% оказалась на 31-50,5% (в 2 раза) больше, чем у базового масла.
3. При увеличении концентрации диалкилдитиофосфата цинка в смазочном масле И-20А наблюдается повышение противозадирных свойств смазочного слоя, характеризуемых индексом задира. Индекс задира меняется нелинейно на диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 0 до = 1,4%, при превышении 1,4% наблюдается его линейный рост. Индекс задира в диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 1,4 до 10% оказался на 35-56% (в = 2,3 раза) больше, чем у базового масла.
4. При увеличении концентрации диалкилдитиофосфата цинка в смазочном масле И-20А наблюдается улучшение противоизносных свойств смазочного слоя, характеризуемых показателем износа. Показатель износа уменьшается нелинейно на диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 0 до = 1,5%, при превышении 1,5% он практически не меняется. Показатель износа в диапазоне концентрации диалкилдитиофосфата цинка от 1,5 до 10% оказался в = 1,8 раза меньше, чем у базового масла.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00178, https://rscf.ru/proiect/22-19-00178.
Список литературы
1. Willermet R.A. Formation, structure, and properties of lubricant-derived antiwear films/ Carter R.O., Schmitz P.J., Everson M., Scholl D.J., Weber W.H //Lubr. Sci. 1997. Vol. 9. P. 325-348.
2. Spedding H. The antiwear mechanism of zddp's. Part I and Part II / H. Spedding, R.C. Watkins // Tribology International, 1982, Vol.15, No 1. P. 9-15.
3. Martin, J.M. The origin of anti-wear chemistry of ZDDP / J.M. Martin, T. Onodera, C. Minfray, F. Dassenoya, A. Miyamotoc // Faraday Discuss., 2012, Vol. 156. P. 311-323.
4. Zhang J. On the Mechanism of ZDDP Antiwear Film Formation / J. Zhang, H. Spikes // Tribol Lett, 2016. Vol.63, No. 24. P. 1-15.
5. ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия. Межгосударственный стандарт. М.: Стандартинформ. 2005. 5 с.
6. ГОСТ 9490-75. Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине. Межгосударственный стандарт. М.: ИПК Издательство стандартов. 1975. 8 с.
7. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: учебник для студентов вузов, обучающихся по экономическим специальностям. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. 551 с.
8. Чалганова А.А. Построение нелинейных моделей парной регрессии с использованием табличного процессора Excel. Учебное пособие по дисциплине «Эконометрика». Санкт-Петербург: РГГМУ, 2022. 90 с.
9. Бреки А.Д. Триботехнические характеристики материалов пар трения и смазочных сред в условиях самопроизвольных изменений состояний фрикционного контакта: диссертация ... доктора технических наук: 05.02.04 / Бреки Александр Джалюльевич; [Место защиты: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»]. Санкт-Петербург, 2021. 378 с.
10. Бреки А.Д. Триботехнические характеристики материалов пар трения и смазочных сред в условиях самопроизвольных изменений состояний фрикционного контакта: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.02.04 / Бреки Александр Джалюльевич; [Место защиты: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого]. Санкт-Петербург, 2021. 43 с.
Шульгин Игорь Андреевич, аспирант, igorshulgin@polihimnpp. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Бреки Александр Джалюльевич, д-р техн. наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории трения и износа, albreki@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт проблем машиноведения РАН,
Чулкин Сергей Георгиевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет,
Цветкова Галина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, tsvetkova_gv@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, starikov_taii@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEPENDENCES OF TRIBOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF LUBRICATING COMPOSITIONS BASED ON I-20A OIL ON THE CONCENTRATION OF ZINC DIALKYLDITHIOPHOSPHATE
I.A. Shulgin, A.D. Breki, S.G. Chulkin, G.V. Tsvetkova, N.E. Starikov
257
The article presents the results of experimental studies of tribotechnical properties of lubricating compositions based on I-20A oil, depending on the concentration of zinc dialkyldithiophosphate in them. It was found that the addition of zinc dialkyldithiophosphate to the base oil I-40A in various concentrations contributes to an increase in the limiting load capacity of the lubricating layer, its bearing capacity, extreme pressure and anti-wear properties. The patterns of changes in the tribotechnical characteristics of lubricating compositions depending on the concentration of zinc dialkyldithiophosphate are revealed.
Key words: welding load, bully index, critical load, wear index, zinc dialkyldithiophosphate, lubricating oil.
Shulgin Igor Andreevich, postgraduate, [email protected], Russia, Saint Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,
Breki Alexander Dzhalyulevich, doctor of technical sciences, professor, leading researcher at the friction and wear laboratory, albreki@yandex. ru, Russia, Saint Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Institute of Problems of Machine Science of the Russian Academy of Sciences,
Chulkin Sergey Georgievich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Saint Petersburg, Saint Petersburg State Marine Technical University,
Tsvetkova Galina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,
Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, starikov_taii@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.313.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-258-259
АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ РОТОРА С ВСТРОЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ
МАГНИТАМИ
Ю.В. Зубков, И.Х. Бикташев, Н.А. Тарутин
В статье исследуются механические напряжения ротора с встроенными постоянными магнитами аналитическим и численным методами, дается прогноз устойчивой работы магнитоэлектрического генератора на максимальной частоте вращения. Предлагаются изменения в конструкции встроенных магнитов, позволяющие повысить механическую прочность индуктора.
Ключевые слова: ротор, постоянные магниты, механические напряжения, численное моделирование.
Генератор электростанции собственных нужд (ГСН) является важным компонентом современных систем электроснабжения газокомпрессорных станций (ГКС). Наиболее подходящими кандидатами на роль таких генераторов являются синхронные электрические машины с магнитоэлектрическим возбуждением, обладающие высокими энергетическими показателями - удельной мощностью, энергоэффективностью [1,2]. ГСН с возбуждением от постоянных магнитов (ПМ) с успехом применяются в авиации [3], наземном транспорте [4,5]. Настало время для их актуализации в газотранспортной отрасли, в частности на ГКС.
Конструкция индуктора генератора с магнитоэлектрическим возбуждением во многом определяет его энергетические характеристики и регулировочные свойства. Наибольшее распространение получили индукторы с поверхностными постоянными магнитами - SPM [6] и встроенными ПМ - IPM [7]. Оба варианта имеют свои достоинства, однако в качестве базово была выбрана конструкция индуктора с встроенными ПМ. Такое решение определялось более высокой устойчивостью к размагничиванию встроенных ПМ при воздействии на них внешних магнитных полей [8], так как магнитомягкие полюсные наконечники частично демпфируют магнитное поле реакции якоря. Еще один положительный момент - меньшие потери в ПМ от высших гармоник магнитного поля, особенно при работе ГСН на преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока, с помощью которого обеспечивается регулирование и требуемое качество выходного напряжения [9]. За счет наличия реактивного момента можно несколько уменьшить объем ПМ, что является важным ввиду высокой стоимости редкоземельных магнитов.
IPM конструкция обладает и рядом недостатков, основным из которых является высокое рассеяние магнитного потока. Известны технические решения, позволяющие уменьшить рассеяние потока. Одно из них - использование мостиков насыщения, создающих большое магнитное сопротивление на путях потоков рассеяния [10]. Но при этом ухудшается механическая прочность индуктора, что является критичным на высоких частотах вращения ГСН. Напряжения в тонких мостиках могут быть близкими к пределу текучести материала сердечника ротора или превышать его, что вызовет его необратимую деформацию. С учетом физического износа и усталости материала допустимые напряжения в наиболее критичных к механическим нагрузкам местах индуктора должны быть менее половины предела текучести.
