Изследване процеса на сработване и износване с модификатори на триене



Дата28.10.2018
Размер1.81 Mb.
#103221
ТипГлава

--

Глава 3. Изследване процеса на сработване и износване с модификатори на триене
3.1. Методика за изследване процеса на сработване и износване с модификатори на триене

Изследването на динамиката на сработването на триещите се повърхности има съществено значение за намирането на възможност за управление на този процес. При определено въздействие върху процеса на сработване може да се осигури бързо достигане на носещата способност на съединението, като се постигне пълно сработване при минимално износване в процеса на сработването и се осигури минимална скорост на установеното износване в процеса на експлоатация.

В последните години в много страни се работи усилено по създаването на масла и добавки за сработване. Известно е че, добавянето към базовите масла на ПАВ – химически активни вещества, каквито са модификаторите на триене в значителна степен влияят на изменението на микронеравностите на повърхността. Това довежда до отстраняване на недостатъците от обработката на детайлите, до подобряване на микрорелефа и до съкращаване на процеса на сработване. В крайна сметка времето за сработване на автотракторните двигатели се съкращава в сравнение със сработването без модификатори.

Положителното действие на добавките се обяснява с бързото образуване на голяма опорна площ на контакта, вследствие увеличената пластичност на повърхностните слоеве, а в някои случаи и образуването на междинни филми в квазитечно състояние. Освен това модификаторите осигуряват висока скорост на снемане на метал без опасност от задиране и заваряване при едновременно запазване на качеството на сработваните повърхности и увеличаване ресурса на ремонтираните автотракторните двигатели.

За установяване влиянието на модификаторите на триенето върху процеса на сработване и установено износване са проведени еднофакторни експерименти с различни модификатори на триенето (фиг.3.1.).




Фиг.3.1. Кибернетичен модел за изследване процеса на сработване и износване на триещи се повърхности с модификатори на триене

ВМ – вид на модификатора;

КМ – концентрация на модификатора;

ПС – процес на сработване;

Ji, Mi, Hi, Ri – вектори на параметрите на износването, момента на триене, грапавостта и твърдостта на триещите се повърхности.
За основни входни фактори на модела за изследване на сработването и износването на триещите се повърхности са приети вида на модификатора и концентрацията на модификатора в маслото.

Различните модификатори имат различен механизъм на действие: от образуване на микрофилми (тефлони, естери) до образуването на междинни съединения с основния метал – стоманата (комплексни съединения, медни и цинкови олеати и др.).

За установяване ефективността на различните модификатори върху процеса на сработване се проведоха серия от еднофакторни експерименти. За модификатори на триенето бяха избрани типични представители на най-често използваните модификатори меден олеат, синтетично масло и калаен дифлорид, а така също и нов неизползван до сега модификатор цинков олеат.

Въз основа на направения литературен анализ се установи, че по-голяма част от изследванията за ускорено сработване са провеждани при разтваряне на модификаторите на триене в базово масло [1, 7,38, 40, 41, 42, 43, 45, 51]. Липсват изследвания за разтваряне на модификаторите на триене в стокови масла (предлагани в магазинната мрежа) използвани за смазване на автотракторните двигатели при разработване и експлоатация.

По-малка концентрация от 0,2% на модификатора е недостатъчна за ускоряване на процеса на сработване поради недостатъчното количество на повърхностно активни вещества(ПАВ). По-голямата концентрация също не оказва съществено влияние и е икономически неоправдана. В световната практика концентрацията на различните легиращи добавки за ускорено сработване варира от 0,2% до 1,0% [5, 10, 55, 81, 176].

В изследванията се използваха следните концентрации на модификаторите 0,2% и 0,6% меден олеат, 0,6% калаен дихлорид и 0,6% цинков олеат, добавени към масло М10Д21.

В предвид на това, че сложните естерни масла водят до образуването на защитни филми с високи триботехнически характеристики, като добавка към минералното масло М10Д21 беше използвано 20% полиестерно масло синтезирано предварително от нас.

Изхождайки от това, че в практиката за сработване се използват легирани моторни масла, като база за сравнение в нашите изследвания бе прието стандартно моторно масло М10Д21, най-подходящо за работа в тежки условия и масово използвано в дизеловите двигатели от земеделската техника.

Износването в процеса на сработване влияе непосредствено върху трайността на съединенията, тъй като неговата големина определя ресурса на триещите се двоици в процеса на експлоатация. Ето защо като критерий за оценка на сработването е избрано износването на триещите се повърхности.

Като допълнителни критерии за оценка на сработването са приети: вектора на моментите на триене (момент в края на натоварването опита, момент на сработване), вектора на грапавостта (грапавост на сектора и ролката, грапавост на входа, изхода и по дължина на сектора) и вектора на микротвърдостта на триещите се повърхности (микротвърдост на сектора и ролката)



3.2. Изследване големината на износване при сработване с модификатори на триене

Трайността на съвременната автотракторна и земеделска техника се определя в значителна степен от големината на износването в процеса на сработване и установено износване на съединенията й.

Сработването е един от най-сложните и трудопоглъщащи процеси в ремонтното производство. Технологическият процес на сработване и изпитване на основно ремонтираните автотракторни двигатели продължава от два до шест часа [161]. Естествено стремежът на изследователите и технолозите е да се намали тази продължителност, като се осигури качествено сработване при минимално износване при и след сработване, което ще осигури по-дълъг ресурс и по-висока надеждност на автотракторните двигатели.

Динамиката на изменението на големината на сумарното износване на двоицата и нейните елементи при различна смазочна среда с модифика




Фиг.3.2. Интегрални криви за големината на сработване и износване

на двоица Ст 45-БО 30 с масло М10Д21
тори на триенето са показани на (фиг. 3.2...3.4.)

Характерът на изменение на интегралните криви на сумарното износване при базово масло М10Д21 и това с различни модификатори на триене от типа на металните олеати значително се различават, за разлика от използването на синтетично естерно масло, което следва характера на изменение на кривата на базовото масло, но с по-високи стойности.

При базовото масло процесът на сработване протича интензивно в първите два часа, като продължава до шестия час, след което настъпва период на установено износване. В началото сработването основно се дължи на механично срязване на върховете на микронеравностите и пластична деформация на повърхностния слой.

Използването на масло с добавка меден олеат 0,2% и 0,6% намалява интензивността и времето за сработване в сравнение с маслата без добавка. Това се обяснява с комплексното действие на ПАВ (олеинова киселина) и образуването на тънък слой мед, който заглажда микронеравностите. Интензивно износване на двоицата Ст 45-БО 30 има само в първия час, като по-голяма стойност на износването се получава при 0,2% съдържание на меден олеат. След първия час сумарното износване на триещата се двоица плавно намалява, като минимума за 0,6% меден олеат е при четвъртия час, а за 0,2% меден олеат е при шестия час. Това се дължи главно на избирателното пренасяне на медта от медния олеат върху сектора (фиг. 3.4). Като резултат от това явление, сумарното износване на двоиците става по-малко отколкото при двоицата в базово масло, следователно има намаляване на хлабината и увеличаване на ресурса на двоиците, сработени в меден олеат. Този процес може да се обясни с адсорбирането върху триещата се повърхност на меден олеат и свободната олеинова киселина, създавайки по този начин граничен смазочен слой.

В места на локален метален контакт между триещите се повърхности, там където температурата е по-висока (2000С), йоните на медта (Cu2+) от добавката в маслото реагират с по-активните атоми на антифрикционната сплав на сектора и ролката. В опростен вид реакцията изглежда по следния начин:

Cu2+ + Fe0 → Cu0 + Fe2+

По-нататък неутралната мед наново се окислява и изтрива в процеса на сработване, като реагира с олеиновата киселина. По този начин медните йони се възстановяват и цикълът се повтаря до установяване на динамично равновесие между йоните на медта в смазочното масло и медния филм върху повърхностите на триещите се детайли. Наличието на такъв филм съществено намалява силата на триене, температурата и интензивността на износване на детайлите.

След четвъртия час за 0,6% меден олеат и шестия час за 0,2% меден олеат износването значително се увеличава, което най-вероятно се дължи на създадената по-голяма контактна площ и интензивното и окисляване при взаимодействието с олеинова киселина.

Динамиката на изменение на големината на износване при масло с 0,6% цинков олеат показва, че интензивно износване на двоицата и тук, както и при масло с меден олеат, има само в първия час, след което се наблюдава също плавно намаляване на големината на износване, като минималните стойности се достигат до шестия час. Това намаление на големината на износването най-вероятно е в резултат на адсорбирането върху триещите се повърхности на цинков олеат и олеинова киселина, които образуват граничен смазочен слой [137]. Последният преодолява прекия метален контакт, като улеснява приплъзването. В резултат на този процес сумарното износване е по-малко в сравнение с базовото масло, а с това се намалява началната хлабина и се увеличава ресурса на двоицата, сработвана с цинков олеат. Използуването на масло с добавка от цинков олеат намалява съществено времето за сработване в сравнение с маслото без добавка.

След шестият час износването незначително се увеличава, което вероятно се дължи на създадената по-голяма контактна площ и окислението и с олеинова киселина. В края на изпитването, след 14-тия час, сумарното износване на двоицата в маслото с добавка на 0,6% цинков олеат е значително по-малко в сравнение с базовото масло, което ще доведе до по-дълъг междуремонтен ресурс.

По-малкото износване при сработването на двоиците с меден и цинков олеати се обяснява с адсорбцията им върху триещите се повърхности, като при това запълват микрограпавините и увеличават носещата повърхност. По-високата масленост на олеатите улеснява приплъзването им и спомага за по-малкото износване, а с това увеличава ресурса на двоиците и ремонтираните автотракторни двигатели.

При използуване на синтетично масло като добавка се вижда, че най-интензивно е сработването в първите два часа и завършва в края на четвъртия час, след което следва установено износване. Този характер на изменение не се отличава от базовото моторно масло. Сравнено с базовото масло двоицата със синтетично масло е с малко по-голямо износване, като двете криви имат еквидистантен характер. По-голямото износване при синтетиката може да се обясни с по-ниския вискозитет на компаундираното масло в сравнение с моторното масло при температура 30...40о С (студено сработване).

Изменението на големината на износване на ролката при триене е представена на фиг. 3.3. Големината на износването на ролката за първите четири часа с меден олеат и синтетика е значително по-голяма от това при базовото масло. Този факт може да се обясни с окислителното действие на свободната олеиновата киселина за медния олеат. При добавката на синтетично масло по-голямото износване вероятно се дължи на по-ниския вискозитет на моделната система.




Фиг.3.3. Интегрални криви за големината на износване на ролката с

масло М10Д21 и модификатори на триенето
В началния период на сработване изменението на всички криви има аналогичен характер, като стойностите на износването при медния олеат са значително по-големи. Този характер е по-ярко изразен, до два пъти по-голямо износване при 0,2% съдържание на меден олеат в маслото.

След четвъртия час за ролката в базовото масло настъпва период на установено износване с почти нулева скорост на износването. Докато след четвъртия час за 0,6% меден олеат и шестия час за 0,2% меден олеат износването на ролката рязко се повишава, като стойностите нарастват двойно.

При маслото с цинков олеат кривите с базовото масло са еквидистантни, като по-малки стойности се получават при цинковия олеат. Това се обяснява с високото смазочно действие на олеата и свободната олеинова киселина. Те образуват тънък филм от ПАВ, който намалява износването.

След шестия час износването на ролката в маслото с цинков олеат рязко се увеличава, за да достигне до два пъти по-големи стойности на 14-тия час от изследването. Това рязко увеличаване на големината на износването на ролката може да се обясни с окислителното действие на олеиновата киселина.

През първите шест часа от изпитването триещата се площ на ролката е сравнително малка, съответно и износването протича по-бавно. В този период сработването се осъществява главно за сметка на срязването на микронеравностите. След шестия час сработването на ролката се извършва главно за сметка на окислителното действие на олеиновата киселина и цинковия олеат, които заглаждат микронеравностите и увеличават триещата се площ на ролката, което довежда до интензивно протичане на този процес. Същото важи и за маслото с меден олеат.

Относително по-голямо е износването на ролките в маслената композиция, т.е. базово масло с 20% добавка на синтетично масло, в сравнение с чистото базово масло. Както и при двоиците и тук износването е най-голямо в първите два часа – по време на активното сработване. Този процес завършва за четири часа, след което следва период на установено износване.

Големината на износване на сектора от триещата се двойка в зависимост от времето е показана на фиг. 3.4. Поради това, че оловният бронз е около 10 пъти по-мек от ролката сумарното му износване е значително по-голямо. Характерът на кривите при секторите е аналогичен на този от триещата се двоица (фиг.3.2). по този начин износването на триещата се двоица се определя основно от антифрикционната сплав на сектора.

В табл. 3.1. са представени стойностите на износването на двоицата




Фиг.3.4. Интегрални криви за големината на износване на сектора с

масло М10Д21 и модификатори на триенето
ролка – сектор Ст 45 – БО 30 за еталонно масло М10Д21 и маслена среда с модификатори на триене. От приведените данни се вижда, че най – голямо, чувствително износване се получава с калаен двухлорид, което още от самото начало е в пъти по-голямо в сравнение с еталонното масло и другите модификатори. Тази разлика расте непрекъснато до края на изпитването, където достига от три до шест пъти по-високи стойности от другите маслени среди. Това е така, защото хлора взаимодейства с цветните и черните метали. Образуват се хлориди, които имат лоша адхезия с основния метал и се отделят лесно при контактни взаимодействия и затова износването е толкова голямо. Освен това хлорните аниони са способни да разтварят частично пасивиращите слоеве върху металите и с това да премахват тяхното защитно действие.

В табл. 3.1 са представени стойностите на износванията при използване на 1,2% дибензилдисулфид (ДБДС), които са получени в резултат на други изследвания. Вижда се, че износването с този модификатор се доближава по стойности с износването с 20% синтетика в маслото [124].

П
Таблица 3.1.

Стойности на износването на двоицата ролка – сектор Ст 45 – БО 30 за еталонно масло М10Д21 и маслена среда с модификатори на триене

  Продължителност

на опита в h


Смазочна среда

0

1

2

4

6

10

14

М10Д

0

4,05

4,75

5,35

5,55

5,65

5,80

0,2% меден олеат

0

5,10

4,60

4,10

4,00

4,30

4,50

0,6% меден олеат

0

4,60

4,25

3,90

4,50

4,75

4,90

0,6% цинков олеат

0

4,30

4,10

3,60

3,10

3,25

3,40

20% Синтетика

0

5,00

5,60

6,00

6,20

6,40

6,50

0,6% калаен двухлорид

0

14,80

17,60

19,90

20,50

21,30

22,00

1,2% ДБДС

0

4,80

5,00

5,25

5,57

5,96

6,18



олучените от нас експериментални зависимости за сработване и износване на двоицата Ст 45 – БО 30 са значително по-малки при използване на модификатор 0,6% цинков олеат и 0,6% меден олеат в сравнение с износването без модификатори. Това гарантира ускорено сработване с едновременно запазване качеството на триещите се повърхности, осигуряващо по-голям ресурс.

3.3. Изследване момента на сработване с модификатори на триене

Сработването на триещите се повърхности се разглежда като сложен неустановен процес на постепенно изменение в процеса на триене на триботехническите характеристики и характеристиките на геометричните и физико – химичните свойства на повърхностните слоеве.

Една от основните триботехнически характеристики, която се променя съществено в процеса на сработване е момента на триене.

В процеса на сработване и износване на триещите се повърхности са определени момента на триене в края на натоварването, момента на триене в края на сработването и момента на триене в края на изпитването.

Сработването на триещите се повърхности се характеризира с големина на момента на триене в края на натоварването Мн. Стойностите на този момент определят способността на триещата се повърхност против задиране (фиг. 3.5).

Стръмно спадане на момента на триене в края на натоварването се н



Фиг.3.5. Динамика на изменение на момента на триене на плъзгане в края на натоварването в масло М10Д21 и модификатори на триенето
аблюдава през първите два часа за базовото масло и за маслото с модификатори 0,2% и 0,6% меден олеат и 20% синтетика. Най-силно изменение имаме при масло с модификатор 0,2% меден олеат, а най-слабо при 0,6% меден олеат. От втория до шестия час спадането е съвсем плавно, като след него момента с базово масло почти не се променя до края на изпитването а с маслото с посочените модификатори съвсем леко се покачва.

При маслото с добавка 0,6% цинков олеат не се наблюдава такова стръмно изменение на момента в края на натоварването. От началото до края той спада, като по-чувствително е до края на четвъртия час.

Една от основните триботехнически характеристики, която се променя и по която може да се оцени процеса на сработване на триещи се повърхности при изменение на външните условия, каквито са параметрите на смазочната среда е момента на сработване ∆Мс при триене на плъзгане, изобразена графично на фиг.3.6.




Фиг.3.6. Динамика на изменение на момента на сработване при триене

на плъзгане в масло М10Д21 и модификатори на триенето
Този момент се получава като разлика от момента на триене в края на натоварването и момента на триене в края на изпитването. От графиката се вижда, че момента на сработване ∆Мс за всичките смазочни среди намалява до края на втория час, като най-ниски са стойностите за 0,6% меден олеат, следвани от тези на 0,6% цинков олеат, 0,2% меден олеат, еталонното масло М10Д21 и с най-висока стойност е маслото с добавка 20% синтетично масло. След този период момента за олеатите се повишава, а този за еталонното масло след четвъртия час остава постоянна величина. Аналогично е изменението на момента за синтетичното масло с този на еталонното, но е по-голям от него, с тази разлика, че спада до края на шестия час, след което остава постоянна величина до края на 14-тия час.

По-ниските стойности на големината на моментите на триене при сработване (∆Мс) в края на втория час в присъствие на модификатори на триене (фиг.3.6) може да се обясни с по-голямата пластична течливост на сработваните повърхностни слоеве. Ако дебелината на слоя метален олеат е по-голяма от критичната, процесът на приплъзване през време на триенето става вътре в слоя, вследствие на което повърхностите на триене се предпазват от повреждане и стойностите на коефициента на триене и моментите на триене съществено намаляват. Противозадирната ефективност на филма от метален олеат явно се определя от реакционната, респективно адсорбционната способност и физико-химичните свойства както на ме




Фиг.3.7. Динамика на изменение на момента на триене в края на изпитването при триене на плъзгане в масло М10 Д21 и модификатори на триенето
кия метал (в случая мед и цинк), така и от свободната олеинова киселина.

Началното понижение на момента на сработване ∆Мс на маслата с модификатори предполага, че сработването е започнало още при натоварването в първия час и завършва до края на втория час, докато този процес за еталонното масло продължава до края на четвъртия час, а маслото със синтетика продължава до края на шестия час.

Момента на триене в края на изпитването Мк намалява до шестия час, като чувствително е намаляването му до края на втория час (фиг.3.7). Това намаляване е най-силно изразено за масло с добавка 0,2% меден олеат и най-слабо за масло с добавка 0,6% меден олеат. След шестия час момента в края на изпитването почти не се променя до края на експеримента при използуване на базовото масло и това, модифицирано с 0,2% меден олеат. При масло, модифицирано с 20% синтетика и 0,6% меден олеат момента отново се повишава, като за 0,6% меден олеат това повишаване е до края на експеримента, а при 20% синтетика повишаването е до края на десетия час след което се запазва постоянна величина. При маслото с 0,6% цинков олеат момента е по-висок от останалите проби, като непрекъснато спада и в края на експеримента има стойност близка до момента, който се получава при използуването на базово масло.

Анализът на посочените зависимости за изменение на момента на триене показва най-благоприятни условия на триене при сработването протича при медния и цинковия олеати. При тях сработването се извършва за най-кратко време с най-ниски моменти на триене.


3.4. Изменение на грапавостта при сработване с модификатори на триене

При триенето между плъзгащите се повърхности протича процес на сработване, който се съпровожда с промяна на микрогеометрията им. Под въздействие на натоварването, първоначално встъпват в контакт само върховете на най-високите микронеравности. С увеличаване на натоварването започват да влизат в контакт все повече микронеравности, които са с по-малка големина. Встъпилите в контакт микронеравности се деформират еластично и при достигане на критичното специфично натоварване за определения материал започва пластическото деформиране на върховете на микронеравностите.

В резултат на това неравностите на повърхностите изменят своята форма, размер и направление. В отличие от първоначалните неравности след сработването те са насочени по направление на плъзгането на триещите се повърхности.

Продължително време сработването беше свързано изключително с изменение на геометрията на повърхностите в границите на износването, непревишаващо височината на първоначалната грапавост на тези повърхности. Счита се, че процеса на повишаване на носещата способност практически съвпада с процеса на повишаване на опорната повърхност при сближаване на триещите се повърхности, като износването при сработването се състои само в постепенно изтриване на микронеравностите от върха до основата им [95, 99, 162].

Микрогеометрията на повърхностите след обработване се отличава като правило със случаен характер на височината на профила.

В резултат на сработването грапавостта на работните повърхности достига характерна равновесна стойност, характерна за дадените условия на триене и износване. Също така се променят и физико-механическите свойства на повърхностните слоеве в следствие на пластическите деформации. Грапавостта на триещите се при плъзгане повърхности се изменя не с




Фиг.3.8. Изменение на грапавостта на ролката при триене на плъзгане

в масло М10Д21 и модификатори на триенето
амо в резултат от деформациите, но и в резултат на износването, най-вече на върховете на микронеравностите [101].

Резултатите от изследването са представени с графични зависимости (фиг. 3.8 и фиг. 3.9), които показват динамиката на изменение на грапавостта на триещите се повърхности. Известно е, че при сработването и износването голямо значение имат контактните взаимоотношения на триещите се повърхности.

Сработването е свързано преди всичко с изменение на геометрията на триещите се повърхности в границите на износването, непревишаващо височината на началната грапавост на повърхностите.

В процеса на сработване и установено износване изменението на грапавостта на ролките (фиг.3.8) за еталонна смазочна среда и смазочна среда с модификатори намалява незначително и запазва еквидистантен характер до края на изпитването за всичките смазочни среди. Грапавостта на ролката, сработвана с меден олеат има по-високи стойности, като намалява след първия час, след това нараства и се запазва на това ниво до края на изпитването. При сработването и с цинковия олеат грапавостта намалява до втория час, след което не се променя до края на изпитването. Промяната на грапавостта при синтетиката е като при медния олеат, само




Фиг.3.9. Изменение на грапавостта на триещата се повърхност на сектора при триене на плъзгане в масло М10Д21 и модификатори на триенето
че има по-ниски стойности от него.

Сработването на триещата се повърхност на сектора в еталонно масло и масло с меден олеат 0,6% (фиг.3.9) протича основно през първите шест часа. При 0,2% меден олеат грапавостта намалява до края на първия час, след което непрекъснато нараства плавно до края на четиринадесетия час. При синтетиката се наблюдава увеличаване на грапавостта в края на първия час, след което намалява до четвъртия и оттам до края на изпитването расте. При използуването на цинков олеат сработването завършва до четвъртия час, като изходната технологична грапавост намалява и за трите сектора и настъпва равновесна грапавост на триещата се повърхност. Равновесната грапавост на повърхността на сектора се определя от грапавостта на ролката, поради нейната значително по-голяма твърдост, но остава винаги по-голяма от равновесната грапавост на


Фиг.3.10. Изменение грапавостта на триещата се повърхност на входа на сектора при триене на плъзгане в масло М10 Д21 с модификатори на триенето
ролките.

Изменението на грапавостта на триещата се повърхност на входа на секторите е показана на фиг.3.10 и има еквидистантен характер.

Сработването на секторите приключва до шестия час, като равновесната грапавост и за трите сектора е еднаква, около 1µm. По-голямата разлика в равновесната грапавост на повърхността на сектора и ролката, сработвани с цинков олеат съответствува на по-малко износване до 30% при сработване и установено износване, което се обяснява с по-доброто образуване и задържане на масления слой.

Различен характер на сработването и изменението на грапавостта на повърхностите на секторите се наблюдава на изхода им (фиг.3.11).

Грапавостта на сектора сработван с меден олеат 0,6% намалява рязко до четвъртия час, след което нараства до края на изпитването. При сектора, сработван с меден олеат 0,2%, след рязкото спадане на грапавостта до първия час се наблюдава рязко покачване до четвъртия час и отново рязко спадане до шестия час и след запазване непроменена до десетия час


Фиг.3.11. Изменение грапавостта на триещата се повърхност на изхода на сектора при триене на плъзгане в масло М10 Д21 с модификатори на триенето
спада след него до края на изпитването. При сработването със синтетика20% спадането на грапавостта продължава до втория час, след което расте до края на изпитването. Изменението на грапавостите на триещите се повърхности при използуването на цинков олеат и базово масло има еквидистантен характер. Отначало грапавостта спада с по-голяма скорост до втория час, след което спадането продължава до края на изпитанието но с по-малък интензитет.

Грапавостта на секторите, сработвани с модификатори на триенето има почти еднакви стойности за входа и изхода на сектора, което свидетелствува за пълно завършен процес на сработване по цялата триеща се повърхност. Това се потвърждава и от графиките на фиг.3.12, които отразяват изменението на грапавостта по дължина на сектора за еталонната и с модификатори на триенето среда.

Сработването на входа на сектора протича много по-бързо от това на из


Фиг.3.12. Изменение на грапавостта по дължина на триещата се повърхност (вход – изход) на сектора при триене на плъзгане в масло М10 Д21 с модификатори на триенето
хода, което се обяснява с различната хидродинамика на триенето и износването на входните и изходни повърхности.

Секторите, сработвани с модификатори на триенето имат по-висока равновесна грапавост в сравнение с грапавостта на секторите, сработвани с масло М10Д21. По-високата равновесна грапавост позволява по-добро задържане на масления слой и по-малко износване при използуване на ремонтираните двигатели.

От анализа за изменение на грапавостите на секторите с различни моделни системи се установява, че най-ниска грапавост в края на сработването показват медните олеати.
3.5. Изменение на микротвърдостта при сработване с модификатори на триене

Повишаване трайността на детайлите и възлите изисква основно изучаване на твърде много фактори, оказващи влияние върху износоустойчивостта на работните повърхности.

Статическото описание на микрогеометрията на повърхностите дава възможност за обща оценка на отличителните способности на триещите се повърхности след сработване. Според Карасик [95] една от тенденциите на формиране на микрогеометрията на триещите се повърхности е увеличаването на повърхностната микротвърдост, която способствува за по-добро задържане на смазочния материал.

За износоустойчивостта на работещите при триене на плъзгане двоици голямо значение има изменението на изходната структура и физико-механическите свойства на повърхностните слоеве при преминаване от нестационарен към стационарен режим на триене. Според Костецкий [99] уякчаването на повърхностните слоеве при триене достига значително големи стойности в резултат на пластическото деформиране в сравнение с обемното напрегнато състояние. При това на пластическата деформация при триене се гледа като на физико-химически процес. Този процес е съпроводен с различни структурни, физически и физико-химически изменения на деформирания метал.

Една от най-важните характеристики на протичащите физико-химически процеси при сработването и износването е микротвърдостта на триещите се повърхности.

Резултатите от изследването са представени с графични зависимости (фиг. 3.13...3.15), които показват динамиката на изменение на микротвърдостта на триещите се повърхности на ролката и сектора.

Динамиката на микротвърдостта на триещите се повърхности на ролката и сектора от еталонната двоица (фиг. 3.13 и фиг. 3.14) показва едно вълнообразно изменение в процеса на сработване и износване, като при приетата продължителност на изпитване за ролката се наблюдава един максимум след два часа и един минимум след четири часа изпитване.




Фиг.3.13. Изменение на микротвърдостта на ролката при триене на

плъзгане в масло М10Д21 и модификатори на триенето
При маслената среда с модификаторите също се наблюдава вълнообразен характер на изменение на микротвърдостта. Най-голяма тази промяна се наблюдава при медния олеат с двете концентрации 0,2% и 0,6% (фиг.3.13) като стойностите са най-ниски при 0,2% меден олеат. При добавката на 20% синтетично масло към М10Д21 амплитудата на промяна на микротвърдостта, т.е. на уякчаване и разуякчаване на повърхността са по-слабо изразени, а най-плавни са тези с цинков олеат. При него след едно слабо уякчаване след първия час следва плавно разуякчаване до шестия час и по същия начин уякчаване до края на изпитването.

От фиг.3.13 и 3.15 се вижда, че микротвърдостта на ролката и сектора по неговата дължина при триене на плъзгане в масло М10Д21 и използуваните модификатори на триене практически се изравнява, което показва, че добавките не оказват съществено влияние на този показател.

При сектора (фиг. 3.14) за еталонното масло се наблюдава един минимум след първия час, след което достига максимум при два часа и постепенно намалява до четиринадесетия час.




Фиг.3.14. Изменение на микротвърдостта на триещата се повърхност на сектора при триене на плъзгане в масло М10Д21 и модификатори на триенето
За разлика от ролката, тук при сектора, микротвърдостта достига най-големи стойности при маслена среда с 0,2% меден олеат, като след десетия час до края на изпитването имаме едно силно изразено уякчаване, докато при другите модификатори (0,6% меден олеат и 20% синтетика) имаме разуякчаване, а само при цинковия олеат се запазва микротвърдостта, достигнала своя максимум при десетия час, непроменена до края.

Като цяло и тук, както и при ролката, се наблюдава вълнообразна промяна на микротвърдостта.

Микротвърдостта на входа на сектора (фиг.3.15) за еталонното масло е по-голяма от тази на изхода. Същото е и при цинковия олеат. При медния олеат и синтетиката е обратно, по-голяма е при изхода и по-малка е при входа.

В процеса на триене и износване повърхностните слоеве на триещите с




Фиг.3.15. Изменение на микротвърдостта по дължината на триещата се повърхност(вход - изход) на сектора при триене на плъзгане в масло М10Д21 и модификатори на триенето
е тела са подложени на пластическа деформация, която променя физическите и механическите свойства на материалите и характера на протичащите процеси, довеждащи до образуването на вторични структури, до уякчаване и разуякчаване на повърхностните слоеве.
3.6 Оптимизиране процеса на ускорено сработване чрез многофакторно изследване

Възникването, развитието и интензивността на протичане на износването и другите процеси при сработване на плъзгащи се повърхности се определя от свойствата на триещите се детайли, тяхното качество и външните въздействия и условия.

Към характеристиките на външните въздействия и условия се отнасят: специфичното налягане върху единица физическа повърхност на допиране; характера на прилаганото натоварване; характеристиките на смазочната среда; концентрацията на модификатора; скоростта на плъзгане на триещите се повърхности и характера на нейното изменение във времето; температурата при която се извършва сработването; условията на топлоотвеждане от повърхностите на триене и др.

Всички фактори са взаимно свързани и поради това изучаването на тяхното влияние върху сработването и неговите триботехнически характеристики представлява значителна трудност. За преодоляването на тази трудност спомагат методите на многофакторното изследване, приложени при процеса на сработване на триещите се повърхности с модификатори на триенето.

Провеждането на многофакторния експеримент е свързано най-вече с математическото планиране на опитите. За разработването на такъв план е необходимо първо да се избере локалната област на факторното пространство и матрицата на планиране на експеримента. Избирането на локалната област за провеждане на експеримента се заключава в определянето на основното ниво и интервалите на вариране за изучаваните фактори. Построяването на плана на експеримента се свежда до избора на експерименталните точки, симетрично разположени спрямо основното ниво, и те да отговарят на основните изисквания за оптималност.

Определянето на основното ниво и интервалите на вариране изисква внимателно анализиране на априорната информация за изменението на параметрите на оптимизация, за кривите на повърхността на отклика и за границите на изменение на факторите.

След анализа на литературните данни [95, 102, 103, 115, 141, 161, 162, 170] и проведените от нас предварителни изследвания в глави 3.2, 3.3, 3.4 и 3.5 е избрана локална област на факторното пространство, която да отговаря на всички изисквания за екстремален експеримент.

В табл.3.2 са приведени основните характеристики на избраната от нас локална област за провеждане на многофакторния експеримент.

От табл.3.2 става ясно, че факторното пространството на многофакторния експеримент се определя от параметрите на смазочната среда (концентрацията на модификатора Х1 и температурата на маслото Х3) и параметрите на режима на сработване (продължителност на сработването Х2 и скорост на плъзгане на триещите се тела Х4). Параметрите на натоварването (големина, скорост, характер и вид), а също и характеристиките на образците в процеса на експеримента се подържаха постоянни.

З


Таблица 3.2.

Характеристика на локалната област на факторното пространство.






Характеристики

Фактори



Наименование

кодово

Км

Вс

Тм

Vп







означение

%

min

оС

m/min

1

Основно ниво

0

0,6

60

40

100

2

Интервал на вариране

I

0,4

30

20

50

3

Горно ниво

+

1,0

90

60

150

4

Долно ниво

-

0,2

30

20

50

5

Кодово означение



X1

X2

X3

X4


а параметър на оптимизация се използваше големината на износването на триещата се двоица. Като модификатор на триенето при оптимизацията на сработването е използван цинков олеат.

В качеството на математически модел за описване обекта на изследване е приет квадратичен модел (полином от втора степен) във вида на уравнението на регресия:

у=b+b+b+b+b+b+b+b+ b+b+b+b (3.1)

където y е функция на отклик (параметър на оптимизация);

х1, х23, х4 - кодово обозначение на факторите на експеримента;

b, b, b, b, b,b,b,b,b,b,b,b- коефициенти на факторите и взаимодействията.

Известно е, че броят на опитите в пълния факторен експеримент значително превъзхожда броя на отделните коефициенти на регресия. При това, колкото е по-голям броя на факторите, толкова повече броят на опитите превишава броя на коефициентите на линейния модел [130]. Като се знае това за намаляване броя на опитите е проведен дробен факторен експеримент.

К


Таблица 3.3.

Разширена матрица, план на експеримента и опитните стойности на параметъра на оптимизация



ато се изхожда от броя на факторите (n=4) е избрана полуреплика 24-1 с генериращо съотношение , разширена със звездните точки на отделните фактори. Избраната полуреплика е главна и отговаря на изискванията за ротатабелност, ортогоналност и има висока разрешаваща способност [91, 130].

Матрицата за планиране на експеримента е построена на основата на избраната полуреплика от типа 24-1 допълнена със звездните точки на отделните фактори. Построената матрица за планиране е представена в табл.3.3.

Оценката на големината на износването при сработване с модификатори на триенето е получена от трикратно повторение на всеки опит. Средните стойности са показани в колона 9 на табл.3.3.

Получените данни са обработени с помощта на програмата „STATISTICS”, като стойностите за коефициентите на регресия, коефициента на определеност и критерия на Фишер са представени в табл.3.4.

Интерполационното уравнение на модела, съдържащо само значимите коефициенти на регресия и има вида:

У=6,65+2,05.х1+1,58.х2+1,32.х3-2,11.х4-1,88.х (3.2)

Критичната стойност на критерия на Фишер е . Тъй като изчислената стойност на критерия на Фишер е по-малка от критичната, то хипотезата за адекватност на получения регресионен модел се приема, при р


Таблица 3.4

Стойности на коефициентите на регресия В, коефициента на определеност R? и критерия на Фишер F (11;5)



авнище на значимост =0,1.

Уравнението на регресия показва, че износването на триещата се двоица нараства при увеличаване концентрацията на цинковия олеат в маслото, времето за сработване и температурата на смазочната среда и намалява с повишаване скоростта на плъзгане при сработване с модификатори на триенето.

За определяне силата на влияние на входните параметри върху износването се извършва последователно изключване на факторите един по един. При това изключване се следи промяната на коефициента на определеност R?, като за най-силния фактор ще съответства най-малка стойност на коефициента на определеност и обратното. Стойностите на коефициента на определеност R? за различните входни параметри са съответно:

Х1 = 0,63611020;

Х2 = 0,75479196;

Х3 = 0,80431221;

Х4 = 0,58134803.

От приведените данни за коефициента на определеност се вижда, че най-голямо влияние върху износването има скоростта на плъзгане, сле дващите по значимост фактори са концентрацията на модификатора и времето за сработване, а с най-слабо влияние е температурата на смазочната среда.

Използвайки получените резултати за факторите с най-силно влияние Х1 и Х4 са построени повърхнината на отклика У=f(x1,x4) (фиг.3.16) и линиите на еднакъв отклик (фиг.3.17).

За да определяне на оптималния режим на сработване с цинков олеат е използвана програмата „MATCAD”, подпрограмата и „MINIMIZATION”. След въвеждане на всички коефициенти на регресия от уравнението (3.2), програмата изчислява координатите (комбинация на входните параметри) и стойността на минимума на функцията.



Трябва да се отбележи, че режима на сработване с цинков олеат при който концентрация на цинков олеат в маслото e 0,3%, време за сработване е 30min и температура на маслото е 20 Со, а скоростта на плъзгане е 150 m/min се намира в квазистационарната област на факторното пространство и е търсения оптимален режим на сработване. Стойността на функцията в търсената точка е (-2,29). Отрицателният знак показва, че при тези условия в зоната на триене върху детайлите от двоицата се натрупва слой мек метал (в случая цинк), който осигурява процес на триене без износване. Такива явления бяха наблюдавани при проведените еднофакторни експерименти с цинков и меден олеат (фиг.3.2 и фиг. 3.4).

3.7 Изводи

  1. Разработена е методика за изследване сработването и износването на триещите се повърхности с модификатори на триенето, която дава възможност да се определят трибологическите харктеристики на ремонтираните двигатели.

  2. Характерът на изменение на интегралните криви на сумарното износване при базово масло М10Д21 и това с различни модификатори на триене значително се различават, за разлика от използването на синтетично естерно масло.

  3. Използването на масло с добавка на 0,6% цинков олеат и 0,6% меден олеат намалява съществено времето за сработване (от 4 на 1 час), като сумарното износване в края на изпитването е с около 30 % по-малко в сравнение с маслата без добавка, което води до по-голям ресурс на ремонтираните двигатели.

  4. Износването на ролката в масло с модификатори на триенето е до два пъти по-голямо в края на изпитването в сравнение с това при базовото масло, което е следствие от окислително действие на олеиновата киселина.

  5. От двата модификатора на триенето по-малка големина на сумарното износване на двоицата (4,2 mg) в края на изпитването се получава при маслото с цинков олеат.

  6. Сработването с модификатори на триенето се извършва до втория час, докато този процес за еталонното масло продължава до края на четвъртия час, като стойностите на момента на сработване ΔМс с модификатори на триене е 2 пъти по-нисък в сравнение с еталонното моторно масло.

  7. По-голямата разлика в равновесната грапавост на ролката и сектора сработвани в 0,6 % цинков олеат съответства на по-малко износване при сработване и по-голям ресурс.

  8. Грапавостта на секторите сработвани с модификатори на триенето има почти еднакви стойности за входа и изхода което свидетелства за пълно завършен процес на сработване по цялата триеща се повърхност.

  9. Висока трайност и минимално износване на триещите се двоици се получава при сработване с цинков олеат с концентрация от 0,3% в маслото, време за сработване 30min, температура на маслото 20 Со и скоростта на плъзгане 150 m/min.



Сподели с приятели:




©obuch.info 2022
отнасят до администрацията

    Начална страница