Литература

1. Войтов В.А. Конструктивная износостойкость узлов трения гидромашин. Часть II. Методология моделирования граничной смазки в гидромашинах. – Харьков: Центр Леся Курбаса, 1997. – 152 с.

2. Чичинадзе А.В., Хебда М. Справочник по смазочным материалам. Т.1. – Москва: Машиностроение, 1989. – 400 с.

3. Литвинов В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н. К. Физико-химическая механика избирательного переноса при трении. – М: Наука, 1979. – 187 с.

4. Крагельский И. В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчета на трение и износ. – М: Машиностроение, 1977. – 525 с.

5. Дёмкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. – М: Наука, 1970. – 266 с.

6. Крагельский И. В. Трение и износ. – М.: Машиностроение, 1968. – 480 с.

7. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. – М: Физматгиз, 1963. – 472 с.

8. Сердобинцев Ю.П., Шаравин С.И. Трение и износ гетерогенных покрытий в условиях граничной смазки. Часть 2. Граничное трение при скольжении деталей с упрочняющими покрытиями // Трение и износ. – 1992. – Т.13. – №6. – С. 985–991.

9. Сопротивление материалов / Писаренко Г.С., Агарев В.А., Квитка А. Л., Попков В. Г., Уманский Э. С. – К.: Вища школа, 1986. – 775 с.

10. Хусу А.П., Витенберг Ю. Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный поход). – М: Наука, 1975. – 344 с.

Повышение эффективности очистки рабочих жидкостей от механических загрязнений путем сохранения ее адсорбционных свойств

Старик С.В., бакалавр

Научный руководитель – доцент, к.т.н Косолапов В.Б.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

В процессе эксплуатации строительных и дорожных машин до 70 % отказов происходит за счет поломок гидроприводов. Это является следствием быстрого износа их пар трения из-за высокой концентрации загрязнений в (РЖ). Так вследствие износных процессов в объеме РЖ количество продуктов износа может достигать 10¹² штук в 1см³ [1]. До 80 % размерного ряда частиц загрязнений составляют частицы соизмеримые с зазором в парах трения. Загрязнители РЖ имеют различную природу (окислы металлов, кварц, краска, резина и прочие), поэтому реальная РЖ представляет собой многокомпонентную среду, основными компонентами которой являются базовое масло, присадки и загрязнители металлического и неметаллического происхождения. Все эти компоненты вносят свой вклад в процесс износа трибосопряжений элементов гидроприводов. Эффективность

очистки РЖ от загрязнителей в значительной мере определяет надежность и долговечность гидроприводов строительных и дорожных машин. Суть процесса очистки РЖ от загрязнителей состоит в разделении ее на несколько составляющих: твердая фаза; смолы; РЖ в состоянии пригодном для эксплуатации. Наиболее распространенными в строительных и дорожных машинах является очистка фильтрами и центробежными очистителями.

Данный метод основан на использовании центробежной силы для удаления загрязнений из рабочей жидкости. Центробежная сила (G_ц) перемещает частицу на периферию поля, и осаждает ёё на стенке ротора. На частицу, в этом случае, действует сила сопротивления ее перемещению в вязкой жидкости (R), направленная противоположно центробежной силе [2]

, (1)

где с_об – коэффициент объема, учитывающий форму загрязнителя и отклонение ее формы от сферической;

с_п – коэффициент поверхности, учитывающий форму загрязнителя и характеризующий соотношение между ее поверхностью и поверхностью равнообъемного шара;

l – характерный линейный размер загрязнителя;

_ж – плотность жидкости;

_т – плотность загрязнителя;

_ж – кинематическая вязкость жидкости;

v – скорость движения загрязнителя в жидкости;

r – радиус вращения частицы.

На частицу действует также гравитационная сила, но она значительно меньше, чем центробежная и поэтому при расчете процессов очистки в центробежном поле ею обычно пренебрегают [1, 2]. Силовой анализ работы

центробежного очистителя (1) показывает, что эффективность работы очистителя при прочих равных условиях определяется величиной характерного линейного размера загрязнителя (l), его плотностью (_т) и коэффициентом поверхности (с_п).

Известно, что загрязнители обладают относительно высокой удельной свободной поверхностной энергией, в результате чего на его поверхности адсорбируется значительное количество поверхностно-активных веществ (ПАВ) из состава рабочей жидкости рис.1 [3].

Плотность такого агрегата можно определить из выражения

, (2)

где т_ПАВ и V_ПАВ – масса и объем адсорбированных на поверхности загрязнителя ПАВ;

т_т и V_т – масса и объем загрязнителя.

1 – ПАВ; 2 – частица загрязнения

Рисунок 1 – Структура загрязнителя

Это вызывает увеличение линейного размера загрязнителя (l) и коэффициента поверхности (с_п) при одновременном уменьшении плотности загрязнителя (). Такого рода изменения приводят к резкому росту силы

сопротивления перемещению частицы в вязкой жидкости (R), а значит к снижению эффективности разделения загрязнителя и РЖ.

Удаления загрязнителя с ПАВ очистителем неизбежно сопровождается уменьшением концентрации ПАВ в объеме РЖ, что приводит к уменьшению толщины адсорбированной пленки на поверхностях пар трения гидропривода. Это приводит к увеличению количества зон непосредственного контакта поверхностей трения, а значит к повышению интенсивности их износа.

Фильтрация рабочей жидкости осуществляется за счет искусственного задержания абразивных загрязнителей при прохождении РЖ через пористую среду (фильтр) и последующего его вынесения.

Количественная оценка эффективности разделения загрязнителя от РЖ выражается коэффициентом фильтрации (К_ф)

, (3)

где d_к – диаметр капилляра поры;

n – количество пор на единицу поверхности;

μ – динамическая вязкость жидкости.

Анализ работы пористого очистителя показывает, что эффективность работы очистителя при прочих равных условиях определяется величиной диаметр капилляра поры (d_к), а значит величиной характерного линейного размера загрязнителя (l).

Адсорбционные процессы на поверхности загрязнителя, также как и в центробежных очистителях, приводят к процессу выноса ПАВ из состава РЖ. Чем выше темп поступления загрязнителя в гидросистему машины и чем эффективнее работа фильтра, тем быстрее протекает процесс выноса ПАВ из состава РЖ., тем выше скорость износа трибосопряжений.

Поскольку силы связи в молекулярных агрегатах “загрязнитель - ПАВ” имеют электростатический характер (Ван-дер-Ваальсовые силы), то возможно разделение загрязнителя и ПАВ путем воздействия на агрегаты “загрязнитель - ПАВ” полями той же природы. Исследования, проведенные в ХНАДУ показали, что при обработке внешним электростатическим полем РЖ, содержащую агрегаты “загрязнитель - ПАВ” (15 класс чистоты), с последующей ее очисткой противоизносные свойства РЖ не ухудшаются.

Обработка РЖ в процессе эксплуатации экскаватора внешним электростатическим полем привела к увеличению ресурса аксиально-поршневых гидронасосов до 1,6 раза.

Рисунок 2 – График изменения КПД насоса при обработке РЖ внешним электростатическим полем

Выводы

Существующие технологии удаления загрязнителей из состава РЖ неизбежно сопровождается ухудшением ее противоизносных качеств и сокращением срока службы

Возможно сохранение адсорбционной способности РЖ при ее обработке внешним электростатическим полем перед процессом очистки.

Обработка РЖ внешним электростатическим полем позволяет значительно увеличить срок службы РЖ