Исследования

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ТРИБОХАРАКТЕРИСТИК АНТИФРИКЦИОННОГО

ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО СОСТАВА «WL»

(Краткий отчет)

Объектом испытаний является смазочная композиция, состоящая из масла индустриального И-20А ISO 6743 ГОСТ 20799-88 с изм.1-4 ООО

«Пушкинский завод» г.Пушкино, Московская обл. (90% об.) и Антифрикционного Противоизносного  Восстанавливающего  состава «WL» (10% об.).

Испытательное оборудование — стандартная машина трения типа Амслер — «МИ», модернизированная с целью повышения точности и достоверности и уменьшения сроков проведения экспериментов. Снабжена системами создания, поддержания и измерения температур, нормальных сил, линейных скоростей скольжения, моментов сил трения, скоростей изнашивания и т.д. Основные исследуемые параметры — трение и износ регистрируются с помощью двухканального самописца уровня модели «2309» фирмы «Брюль и Къер».

Схема трения — «колодка-ролик» с постоянными величинами коэффициентов взаимного перекрытия аз) и площади соприкосновения независимо от износа — важный фактор достоверности получаемых экспериментальных результатов (рис.1).

Методика экспериментирования согласно ГОСТ 23216-84 и методических указаний «Обеспечение износостойкости изделий. Метод оценки служебных свойств смазывающих масел и присадок к ним с использованием роликовых испытательных установок» (Госстандарт СССР. М. 1980) состоит в организации вращения ролика, находящегося в емкости тороидальной формы, в которую вливается тщательно перемешанное масло или смазочная композиция. Прикладывается нормальная сила — контакт рабочих поверхностей самоустанавливающейся колодки и вращающегося ролика,   после   чего   осуществляется   синхронное   измерение   скорости

изнашивания и момента сил трения в течение всего опыта без разъединения зоны трения.

Условия проведения экспериментов.

Предварительные замечания:

1.  Внастоящее время из-за ограниченности распространения метода
непрерывного измерения скорости изнашивания  (ГОСТ 23216-84…) нет
достоверных     экспериментальных     данных     о     трибохарактеристиках
большинства материалов.

  1. Сами по себе трибохарактеристики материалов без возможности их
    сравнения с трибохарактеристиками какого-нибудь широко
    распространенного материала (базы) не дают о них достаточно объективного
    представления.  Особенно,  если трибохарактеристики  были получены  на
    разных машинах (схемах) трения, в разное время, различными методиками и
    т.д.

В настоящем исследовании базой является широко распространенное, не содержащее присадок индустриальное масло И-20А…, которое до настоящего времени не подвергалось испытаниям согласно ГОСТ 23216-84 и методических указаний «Обеспечение износостойкости изделий. Метод оценки служебных свойств смазывающих масел и присадок к ним с использованием роликовых испытательных установок», с реализацией синхронного измерения скорости изнашивания и момента сил трения в течение всего опыта без разъединения зоны трения.

3.  Зона трения (испытательный контакт) образована цилиндрическими
поверхностями ролика Ст45 НRc 50 с R=34,3 мм и колодки, прошедшей
гомогенизацию с R=34,3  мм  и  габаритами (в плане) — 2,20 мм (вдоль
скольжения) и 7,30 мм (поперек скольжения). 8=0,161 см2.

Нормальные силы — 20,65 кгс и 31,15 кгс и соответствующие им средние давления — 128 кгс/см2 и 193 кгс/см2, характерные для максимальных значений, имеющих место в зоне трения — первое компрессионное кольцо —

гильза цилиндра двигателей внутреннего сгорания, работающих соответственно по циклам Отто и Дизеля.

Частота вращения ролика — 100 об/мин (линейная скорость — 0,36 м/сек, характерная для средних значений скоростей поршня ДВС в зоне непосредственно примыкающей к ВМТ, в которой, как известно, отсутствует гидродинамический режим смазки, т.е. левее значения частоты вращения ролика, соответствующего Мтрт.minна экспериментальной зависимости Штрибека (рис.2).

Температура — 150°С. Ограничена температурой вспышки в открытом тигле базового масла И-20А и несколько ниже температур смазочных слоев в ВМТ ДВС на такте расширения.

Экспериментальное исследование представляет собой ряд опытов, которые в свою очередь состоят из фрагментов, имеющих на диаграммной ленте сквозную нумерацию — цифры в окружностях от № 1 до № 82.

Опыт 1. Получение конформных поверхностей — испытательного контакта и оценка трибохарактеристик масла И20А.

а)  фрагменты 1 — 6 при N=20,65 кгс. 3 — непрямолинейный характер Vизн
и   резкий   скачок  Мтр   при   4  указывают   на  ухудшение   шероховатости
поверхностей трения, сначала единичные, а затем все более частые факты
задиров Мтр=14,6 кгссм, fтр=0,206, Vизн =218,6 мкм/час;

б) фрагменты 7-10 при N=31,15 кгс. То же, что и а), однако, факты
задиров стали возникать гораздо чаще, амплитуда колебаний Мтр выросла
приблизительно вдвое, Мтр>22,0 кгссм, fтр>0,206, Vизн =352,3 мкм/час. Здесь и
далее, в случаях резких колебаний Мтр используется обозначение Мтр>… и fтр>…

Примечание I. Следует обратить внимание, что при увеличении N с  20,65 кгс до 31,15 кгс, т.е. ~ в 1,5 раза Мтр вырос с 14,6 до 22,0 кгс/см, т.е. тоже в 1,5 раза. Что же касается значений fгр, в обоих случаях они почти равны   друг   другу.   Вывод:   для   оценки   характеристики   сопротивления

относительному перемещению поверхностей следует использовать значения Мтр;

в) фрагменты 11-14 при N=20,65 кгс и при той же нормальной силе
после снятия заусенца с колодки — 15 — 18. По-прежнему, непрямолинейный
характер экспериментальных зависимостей Vизн и постоянно имеющие место
факты задиров. Мтр>14,0 кгс см fтр>0,198.

Примечание   II.   Периодически   с   периферии   рабочей   поверхности  колодки надфилем убирается заусенец.

г)  фрагменты   19-22  при N=31,15  кгс  и  после  снятия  заусенца.
Постоянные   задиры,   однако,   амплитуда   Мтр   несколько   уменьшилась.
М,р=21,3 кгс см; fгр=0,200;

д) фрагменты 23 — 26 при N=20,65 кгс и после снятия заусенца. О
небольших задирах свидетельствует форма Vшн. Мтр=13,3 кгс см, fтр=0,188.

По результатам опыта 1 получили:

а) постоянно, при обеих нормальных силах имеют место задиры;

б) минимальные значения Мтр, fгр и Vизн составляют при N=20,65 кгс —
13,3 кгс см и 0,188; Vиз„=218,6 мкм/час, при N=31,15 кгс-21,3 кгс см и 0,200;
Vизн = 352,3 мкм/час;

в)   измерения   шероховатости   и   исследование   рабочей   поверхности
колодки с помощью контактного профилографа-профилометра модели ТАLУ
SURF  4  фирмы  «ТАУLОR-НОВSON»  и   инструментального  микроскопа
«ММИ» обнаружили характерные для задиров повреждения.

Опыт 2. Исследование трибохарактеристик смазочной композиции — масло И20А (90% об.)+<WL> (10% об.).

а) фрагменты 28 и 29 при N=20,65 кгс. С самого начала Vиз„=4,2 мкм/час,
причем без каких-либо «намеков» на задиры, а затем VИЗH=0,00 мкм/час,
Мтр= 10,85 кгс см; fтр=0,153;

б)  фрагменты  30  и  31   при N31,15  кгс.  Последовательно  получили
значения скоростей изнашивания — 4,5; 0,00 и 3,9 мкм/час. Мгр=16,2 кгссм,
fтр=0,152.

Опыт 3. Исследование «последействия» смазочной композиции … (исследование трибохарактеристик пары трения, работавшей ранее в среде смазочной композиции, в среде чистого, свежего базового масла И20-А).

Примечание III. Перед каждой новой заправкой свежим И-20А, пара трения и емкость, в которой находится смазочная среда, очищаются с помощью бензина — ацетона — этилового спирта.

а) фрагменты 32 и 33 при N=31,15 кгс, свежее И-20А. Последовательно  Vизн=9,5 и 2,3 мкм/час. Мтр=16,4 кгс см; fтр=0,154;

б)   фрагменты    34,   35    и   36    при   N=31,15    кгс,   свежее   И-20А.
Последовательно — Vизн =9,0 и 0,00 мкм/час. Мтр =16,5 кгссм; fтр=0,154. Через
зону трения периодически не проходит электрический ток – показатель возникновения слоев с большим электрическим сопротивлением;

в)   фрагменты   37,   38,   39   и   40   при  N=31,15   кгс,   свежее  И-20А. Последовательно Vизн= 10,8; 8,6; 6,8 и 3,1 мкм/час. Мтр=17,1 кгссм; 1*тр=0,160;

г)    фрагменты    41,    42    и   43    при   N=31,15    кгс,    свежее   И-20А. Последовательно Vизн =9,7 и 0,00 мкм/час. Мтр=15,8 кгс см; fтр=0,148. Через зону трения электрический ток почти не проходит;

д)    фрагменты    44,   45    и   46    при   N=31,15    кгс,    свежее   И-20А. Последовательно Vизн =8,8 и 0,00 мкм/час. Мтр=16,3 кгс см; fтр=0,152. Через зону трения изредка проходит электрический ток;

е)  фрагменты 47 и 48 при N=31,15 кгс, свежее И-20А. Последовательно Vизн -8,1; 0,00 и 5,2 мкм/час. Мтр=16,1 кгс см; fтр=0,150 и Мтр=15,0 кгс см и fтр=0,140.  Значения  Vизм=5,2  мкм/час;  Мтр=15,0  кгс см и  fтр=0,140  были зафиксированы в течение последнего часа почти 12-ти часовых непрерывных испытаний, когда в емкости из-за испарений при 150°С почти не осталось масла  и   поэтому  не  могут быть  рассматриваемы  в  рамках  настоящего исследования.

Примечание IV.

После того, как опыт № 3 обнаружил высокие трибохарактеристики поверхностей   пары трения, — ролика и колодки при совместной работе

необходимо определить вклад каждой из поверхностей и, если получится, оценить толщину поверхностных слоев, обладающих высокой трибоэффективностью.

Для решения поставленной задачи необходимо исследовать трибохарактеристики 2-х пар трения в среде И-20А:

1.  Колодки, работавшей до этого в смазочной композиции в паре с
новым роликом.

  1. Ролика, работавшего до этого в смазочной композиции в паре с новой
    колодкой.

Опыт 4. Получение конформных поверхностей — испытательного контакта и оценка трибохарактеристик масла И-20А (новые ролик и колодка).

а) фрагменты 49 — 54 при N=20,65 кгс.

б) фрагменты 55 — 59 при N=31,15 кгс.

В обеих сериях характеры экспериментальных зависимостей Мтр и Vизн почти совпадают с результатами опыта № 1.

Опыт 5. Исследование трибохарактеристик пары трения «колодка, работавшая до этого в смазочной композиции — новый ролик» в среде прежней порции И-20А.

а) фрагменты 60-71 при N=31,15 кгс. Характер экспериментальных зависимостей Мтр и Vизн [oстался таким же как в опыте № 4. В целом, абсолютные значения Vизн также совпадают, а вот Мтр в настоящем опыте приблизительно на 10% ниже, чем в опыте № 4.

Опыт № 6. Исследование трибохарактеристик пары трения. «Ролик, работавший до этого в смазочной композиции — новая колодка» в среде прежней порции И-20А.

а) фрагменты 72 — 76 при N=31,15 кгс. До того, пока рабочая поверхность новой колодки не стала вполне конформной, имела место Vизн последовательно 17,1 и 43,2 мкм/час, со временем (после полной конформности) 4,5, а в конце фрагмента 76 Vизн =0,00 мкм/час. Мтр=17,1

кгс см; fтр=0,160. Через зону трения периодически проходит электрический ток. Характер экспериментальной зависимости Мтр полностью избавился от даже малейших признаков задира.

б)  фрагменты 77 — 79 при N=31,15 кгс. У колодки убрали заусенец.
Среда — чистое, свежее И-20А. Vизн последовательно — 9,8 и 0,00 мкм/час.
Мтр=    15,1    кгс см;   fтр=0,141.   Через   зону   трения   почти   не   проходит

электрический ток.

в)  фрагменты 80 — 82 при N=31,15 кгс. У колодки убрали заусенец.
Среда — чистое, свежее И-20А. Vизн последовательно — 9,2 и 0,00 мкм/час.
Мтр=  15,2    кгс см;    fтр=0,143.    Через   зону   трения    изредка    проходит
электрический ток.

Выводы

Экспериментальные исследования, проведенные в испытательном узле трения «ролик-колодка» из материалов, соответственно, ст.45, ТВЧ. 50НRс и ст.З гомогенизированная, при описанных выше параметрах испытаний, позволили сделать следующие основные выводы:

1. Смазочная композиция И-20А (90% об.) + «WL» (10% об.) в отличие
от аналогичных, обнаруживает высокую трибоэффективность с момента
применения.

  1. По износостойкости:  при N= — 31,15 кгс:

а)  худшие показатели в среде И-20А + «WL», более чем в 70 раз
превосходят лучшие показатели в среде чистого И-20А;

б) худшие показатели в среде И-20А пары трения, работавшей до этого в
среде И-20А + «WL», более чем в 30 раз превосходят лучшие показатели
пары трения, работавшей только в И-20А;

в) худшие показатели в среде И-20А пары трения, состоящей из ролика,
работавшего до этого в среде И-20А + «WL» и колодки, работавшей до этого

только в среде чистого И-20А, более чем в 30 раз превосходят лучшие показатели пары трения, работавшей только в И-20А;

г) показатели в среде И-20А пары трения, состоящей из ролика, работавшего до этого в среде И-20А и колодки, работавшей до этого в среде И-20А + «WL» почти не отличаются от показателей пары трения, работавшей только в И-20А.

3. По моменту сил трения:

Работа пары трения в среде И-20А характеризуется, в зависимости от

величины нормальной силы, задирами различной степени интенсивности, поэтому значения Мтр имеют большую амплитуду, которая не позволяет более или менее точно определять конкретные значения. При N=31,15 кгс Мтр в среде И-20А более, чем на 30% выше, чем для пары трения, работавшей в среде И-20А + «WL»; более, чем на 20% выше, чем для пары, работавшей в среде И-20А, но которая до этого работала в среде И-20А + «WL» (то же для пары трения — ролик, работавшей до этого в среде И-20А + «WL», колодка, работавшая до этого только в среде И-20А); более, чем на 10% выше, чем для пары трения — ролик, работавший до этого в среде только И-20А, колодка, работавшая до этого в среде И-20А + «WL».

4.   Смазочная   композиция   И-20А   + «WL»   является   эффективным
противозадирным средством.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Выводы, справедливые для условий работы первого компрессионного кольца двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклам Отто и Дизеля, могли быть использованы на практике, если бы в них использовались масла без присадок, каковым является И-20А, а также после экспериментальных исследований смазочной композиции «WL» в паре трения стальной (чугунный) ролик (коленвал) — колодка (сталеалюминиевый вкладыш). Это, однако, не препятствует немедленному практическому использованию результатов настоящего исследования в других областях. Большое количество стальных узлов трения, в которых имеет место трение скольжения, и которые смазываются индустриальными маслами без присадок при условии строго индивидуального подхода к технологии применения уже сейчас могут быть обработаны композицией «WL».

 

Методика обработки результатов измерений

скорости изнашивания (Vизн) и момента сил трения (Мтр.)

на модернизированной машине трения «МИ» (Амслер)

На диаграммной бумаге по двум каналам (Сhannel 1 и Сhannel 2)
синхронно регистрируются изменения: суммарного линейного износа ролика
и   колодки   (Сhannel   1);   момента   сил   трения   (Сhannel   2).   При   этом
диаграммная бумага перемещается с фиксированной скоростью.

Сhannel1. На самом деле на данном канале регистрируется линейный

износ “h” только колодки, т.к., во-первых, протяженность поверхности трения колодки в направлении скольжения почти на 2 порядка меньше, чем длина окружности ролика, во-вторых, колодка изготовлена из стали, подвергаемой гомогенизации, т.е. обладает низкой износостойкостью и, наконец, трущаяся поверхность ролика, как в данном случае, может подвергаться обработке ТВЧ, которая, как известно, существенно увеличивает его износостойкость. Синхронное с регистрацией износа колодки перемещение диаграммной бумаги с фиксированной скоростью

позволяет рассчитывать скорость изнашивания — Vизн. как отношение h/t, где t — (час) время, в течение которого имел место износ h(мкм).

Дискретность измерения износа — 0,3 мкм, т.е. в 1 мм диаграммной бумаги (по вертикали) — 0,3 мкм, а вся шкала (50 мм) — 15,0 мкм.

Дискретность измерения времени, например, при скорости протяжки 0,01 мм/с — 1,667 мин, т.е. в 1 мм диаграммной бумаги (по горизонтали) -1,667 мин.

Для расчета Vизн.. следует провести прямую линию, которая должна по возможности точно отражать общий характер экспериментальной зависимости. Ее пересечения с верхней и нижней границами шкалы износа определяют износ – h  и время — t. Как было отмечено выше h=15,0 мкм и эта величина постоянна, для определения же t, количество в миллиметрах по горизонтали умноженное на соответствующий коэффициент дает значение времени в минутах.

Сhannel 2. На данном канале регистрируется момент силы трения Мтр, мгновенное его значение.

Для расчета текущего значения Мтр, следует предварительно экспериментально определить координаты (уровень) его нулевого значения. В режиме холостого хода, при строго определенной частоте вращения ролика последовательно по и против часовой стрелки, регистрируются значения Мтр, что позволяет зафиксировать на диаграммной бумаге линию, соответствующую нулю. На канале 2 в нижней части диаграммной бумаги нулевой уровень изображен в виде бесконечной прямой. Если измеряемые Мтр. не приводят к выходу пера самописца за пределы шкалы, то расстояние в миллиметрах от экспериментальной зависимости до нулевой линии, умноженное на дискретность измерения (цену деления) дает мгновенное значение Мтр. Если же экспериментальное значение Мтр. привело к выходу пера самописца за пределы шкалы, то, приложив к силоизмерительной системе машины трения (к маятнику) противоположно направленный момент сил можно вернуть перо в поле шкалы. Далее, к значению Мтр, определяемому также как если бы перо самописца не выходило за пределы шкалы, добавляется величина искусственно созданного М^..

Расчет коэффициента сил трения (fтр ведется по формуле

fтр= Мтр /p x rрол

где Мтр — текущее значение момента сил трения, р – нормальная сила, rрол — радиус ролика.

Диаграммная бумага содержит также данные о скорости скольжения (линейной скорости), температурах исследуемой среды, нормальных силах, величинах масс, которые, будучи приложенными на плече 400,3 мм, создают так называемые искусственные моменты сил. Кроме того, имеется информация об исследуемых материалах, геометрии испытательного контакта и его материалах, нюансах экспериментирования, комментарии и т.д.

Центр инженерно-технических консультаций

Инженерный факультет Университета Айн Шамс

Технический отчет о проведенных испытаниях присадки к моторному маслу

По Вашей заявке от 21/5/2007 об испытании присадки WL были проведены следующие мероприятия:

  1. Представителю Вашей компании были переданы регулярные первичные отчеты о полученных результатах вместе с одной заверенной копией отчетов.
  2. В присутствии представителя Вашей компании были выполнены регулярные исследования.
  3. Были отправлены приглашения от Центра инженерно-технических консультаций (Инженерный факультет Университета Айн Шамс) предложенным Вашей стороной организациям: руководителю совета администрации Государственного бюро Египта по промышленному производству, руководителю совета администрации Государственного бюро Египта по номенклатуре и качеству, а также приглашение представителю Вашей компании.

 

Сообщаем, что упомянутая присадка была протестирована в лаборатории двигателей внутреннего сгорания Инженерного факультета Университета Айн Шамс при следующих условиях:

  1. Был использован бензиновый двигатель марки «Фиат» емкостью 1300 см3, подсоединенный к гидравлическому тормозу и к устройствам, измерявшим его рабочие показатели.
  2. Показатели работы двигателя были измерены до того, как была добавлена присадка WL.
  3. Присадка WL была добавлена в соответствии со способом применения, указанным в Вашем письме.
  4. Показатели работы двигателя измерялись через разные промежутки времени после добавления присадки WL. Общее время работы двигателя составило 400 ч.
  5. Работа двигателя сравнивалась по показателям мощности и потребления топлива в периоды до и после добавления присадки WL.
  6. Испытания проводились при определенном числе оборотов двигателя.

Были получены следующие конечные результаты:

  1. Присадка WL оказала положительное воздействие на мощность двигателя: после его эксплуатации в течение 1 ч с момента добавления присадки мощность двигателя выросла на 24,4%. Положительный эффект воздействия сохранялся при продолжении эксплуатации двигателя, но воздействие присадки WL на мощность двигателя постепенно снижалось: после 28,5 ч эксплуатации мощность двигателя повысилась лишь на 12,5%. С 28,5 по 400-й час эксплуатации воздействие WL выражалось в том, что показатель роста мощности двигателя стабилизировался в пределах 6% (рис. 1).
  2. Присадка WL оказала также положительное воздействие на показатель потребления топлива после 1 ч эксплуатации с момента добавления присадки: показатель потребления  топлива уменьшился на 11%. При дальнейшей эксплуатации вплоть до 400-го часа воздействие WL выражалось в том, что показатель сокращения потребления топлива оставался в пределах 11%.

 

По Вашей просьбе после 100 ч эксплуатации было заменено масло в двигателе, а также повторно использована присадка WL, которую добавили во второй раз в присутствии представителя Вашей компании. Практические результаты показали, что вторая инъекция не оказала влияния на работу двигателя (рис. 1 и 2)_.

Время (часы)

Рис. 1. Степень роста мощности двигателя в зависимости от количества часов эксплуатации.

Первый этап эксплуатации ‑ до 40 ч, второй этап эксплуатации ‑ до 100 ч.

Третий этап эксплуатации ‑ до 250 ч, четвертый этап эксплуатации ‑ до 350 ч.

Пятый этап эксплуатации ‑ до 400 ч.

вторая инъекция

Время (часы)

Рис. 2. Степень сокращения потребления топлива

Первый этап эксплуатации ‑ до 40 ч, второй этап эксплуатации ‑ до 100 ч.

Третий этап эксплуатации ‑ до 250 ч, четвертый этап эксплуатации ‑ до 350 ч.

Пятый этап эксплуатации ‑ до 400 ч.

Подписи: Заверено:
Махмуд Абу ан-Наср Директор центра
Гамаль Ханас Ас-Сайид абд ар-Рауф Насир
Ашраф Кутб
Хани ас-Сайид

 

Комментарии запрещены.