Способ оценки износа трущихся сопряжений в присутствии смазочных или иных материалов

 

Изобретение относится ктриботехническим испытаниям и узлов трения и может быть использовано/У1Я функциональной диагностики трущихся сопряжений машин и механизмов, работающих в присутствии смазочных материалов и иных сред. Целью изобретения является повцшенйе точности оценки износа. Способ реализуется следующим.образом. Через определенные промежутки времени отбирают пробу смазочного или иного материала, в котором зксплуатируется оцениваемое сопряжение, фотометрируютее в ближней инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн 0,8-1,0 мкм. Сравнивают полученное значение механических примесей с предельным и судят о величине износа диагностируемой пары трения, 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 3/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ

2 (21) 4782513/28 (22) 14;11.89 (46) 23.02.92.. Бюл. ЬВ 7 (71) Московский институт нефти и газа им.И,M,Ãóáêèíà (72) М.М,Шелабанов. Л.Н.Обищенко, Б.М,Гантимиров, Б.В,Югов и В.С.Шишкин (53) 620,178Л6 (088.8) (56).Авторское свидетельство СССР

N 1359718, кл. 6 01 N 3/56, 1987.

Авторское свидетельство СССР

t4 1408298, кл; 9 01 N 3/56, 1988. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ИЗНОСА ТРУЩИХ-, Сй:СОПРЯЖЕНИИ В Г1РИСУЕСТВИИ СМАЗОЧНЫХ ИЛИ ИНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к функциональной диагностике трибосопряжений илй испытаний. на изнашивание натурных узлов а трения и образцов новой техники для оценки их степени из 1бса путем определения концентрации частиц износа, присутствующих в етработанном смазочном или ином материале,"и :может быть использовано в смежных областяхтехники для определения загрязненности: углеводородных жидкостей. частицами металлической дисперсной фазы.

Известен способ оценки износа трущихся сопряжений, работающих в присутствии смазочных материалов, заключающийся в том, что отбирают пробу отработанной смазочной среды и анализируют эле,, Ы„, 1714455 А1 (57) Изобретение относится к триботехническим испытаниям и узлов трения и может быть использовано для функциональной диагностики трущихся сопряжений машин и механизмов, работающих в присутствйи смазочных материалов и иных сред. Целью изобретения является повышение точности оценки износа. Способ реализуется следующим.образом. Через определенные промежутки времени отбирают пробу смазочного или иного материала, в котором эксплуатируется оцениваемое сопряжение, фотометрируют ее в ближней инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн 0,8-1,0 мкм. Сравнивают полученное значение механических примесей с предельным и судят о величине износа диагностируемой пары трения, 5 ил,1 ментный состав продуктов изнашивания путем регистрации их эмиссионного спектра, Недостатком известного способа является низкая экономическая эффективность его применения. связанная с высокой стоимостью аппаратуры эмиссионного-анализа и необходимостью создания специализированных лабораторий и подразделений для ее размещения и обслуживания. Данный способ диагностирования трущихся сопряжений используется главным образом в тех случаях, когда отказ изделия может привести к катастрофическим последствиям.

Известен также сйособ оценки износа трущихся сопряжений в присутствии смазочных или. иных- материалов, заключающийся в том, что отбирают пробу

1714455

15

20 отработанного смазочного или иного материала, фотометрируют ее в видимой области спектра, регистрируют наличие в ней механических примесей, сравнивают текущее значение этих примесей с предельным и по результатам сравнения судят о величине износа пары трения.

К недостатку способа относится низкая точность определения степени износа пар трения, так как ему присущи следующие принципиально неустранимые погрешности измерений, аддитивные погрешности, связанные с наличием в отработанных смазочных маслах дисперсных частиц в аиде продуктов окисления типа шламов и других соединений, погрешности измерений, вызванные высокой оптической плотностью смазочных материалов в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн. В связи с этим при помощи способа не удается по.строить классическую кривую зависимости износа от времени. т.е. найти функциональное соответствие между информативным параметром, который представляет собой счетную концентрацию механических примесей и ресурсом узла трения, Целью изобретения является повышение точности оценки износа трущихся сопряжений.

Фотометрирование пробы отработанного смазочного или иного материала осуществляется в,ближней инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн 0,8—

1,0 мкм.

Фотометрирование смазочного или иного материала в ближней ИК-области является существенным отличием предлагаемого способа от известного, Работа трибосопряжений как в режиме гидродинамического, так и граничного трения, происходящая а присутствии смазочных или иных материалов, существенно меняет служебные свойства последних, Исходные смазочные масла или иные материалы представляют собой сложные гомогенные системы, изготовленные на основе базового материала, например базового смазочного масла и необходимых добавок, улучшающих их противоиэносные, антиокислительные, антикоррозионные и другие свойства. В результате трибовоздействий различной физико-химической природы, происходящих на контакте трущихся сопряжений, а также а ряде случаев, неблагоприятных тепловых режимов, обусловленных конструктивными особенностями оборудования (двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, компрессоры и т.д,), эта гомогенность нарушается. По этой причине оценка износа способом фотометрирования проб в видимой

55 области спектра дает неоднозначные результаты, так как интегрально учитывает неоднородности различного происхождения, в том числе в виде металлических частиц износа. Оптическая плотность отработанных смазочных или иных материалов, характеризующая потерю служебных свойств и концентрацию примесей, представляет собой сумму компонентов поглощения и рассеяния светового потока, обусловленного окислением отработанного материала на молекулярном уровне; компоненту оптической плотности, возникающую вследствие термического воздействия за счет образования и коагуляции высокомолекулярных соединений в смазочных или иных материалах в виде частиц кокса, шламов и т.д.; слагаемую накопления в отработанных смазочных или иных материалах металлических частиц износа, образование которых обусловлено трением в подвижных сопряжениях; поглощения и рассеяния излучения на механических примесях в виде абразивных частиц различной физической природы.

Таким образом, отработанные смазочные или иные материалы имеют границы раздела фаз, неоднородности молекулярного происхождения и примеси различного уровня дисперсности и природы, т.е. являются гетерогенными системами, При данных обстоятельствах для целей оценки величины износа подвижных сопряжений определяющим является тот факт, что излучение ближней ИК-области с длиной волны

0,8 — 1,0 мкм практически не взаимодействует с гетерогенной системой типа отработанного смазочного или иного материала, а рассеивается лишь на металлических единицах износа, что в соответствии с законом

Бугера - Бера позволяет определить их концентрацию, а следовательно, и величину износа узла трения.

На фиг.1 приведены спектры поглощения, относящиеся к поглощению в смазочных материалах в состоянии поставки; на фиг,2 — спектры поглощения, относящиеся к поглощению в тех же средах, окисленных при T=413 К; на фиг.3 — спектры поглощения при более жестком режиме окисления при

T=503 К, которое происходит с образованием дисперсных частиц шламов; на фиг.4— спектры поглощения в средах, окисленных при T=503 К с добавлением 1% по объему смеси частиц карбида кремния Si С и двуокиси кремния Si02 со средним размером фракций 10 мкм, что характеризует присутствие в смазочных или иных материалах механических примесей; на фиг,5 — график статической характеристики для пары трения латунь — сталь.

1714455

На фиг.1 — 4 экспериментально определено относительное поглощение излучения на длинах, волн 0,57; 0,67 мкм, а также поглощение неселективного излучения лампы накаливания СМН10 — 50 и инфракрас.ного источника с длиной. волны 0,9 мкм.

Данные этих экспериментов свидетельствуют о том, что при отработке смазочных или иных материалов их поглощение в видимой области спектра меняется случайным образом в широких пределах и приводит к снижению точности фотометрическо го контроля. Ближняя ИК-область с длинами волн 0,8- 1,0 мкм для таких сложных систем является прозрачной и поглощение в ней в линейном масштабе меняется в пределах . 20 . Таким образом, существенное отличие изобретения состоит в том, что путем формирования на длинах волн 0,8 — 1,0 мкм возможно дифференцированно оценивать концентрацию металлических частиц износа вне зависимости от присутствия в смазочных. или иных материалах дисперсных фаз различной природы а это приводйт к повышению точности определения иэйоса подвижных сопряжений.

Пример. На машине трения СМЦ - 2. в присутствии смазочного масла МН испытывают на изнашивание по схеме колодка— ролик пара трения латунь Л вЂ” 68, —. закаленная сталь 45, Через определенные проме: жутки времени производят измерения износа латунного образца путем взвешивания его на аналитических весах с точностью

0,1 мг, В этих же точках отбирают пробы отработанного масла и определяют величину Ю, которая с некоторым коэффициентом. пропорциональности равна значению оптической плотности 0 масла МП на длине волны 0,9 мкМ. По данным зависимости износ— время.и параметр kD — время строят стати. ческую характеристику преобразования (та- рировочная кривая) в координатах параметрЮ вЂ” износ. Согласно закона Бугера - Бера для любых бинарных смесей.опЬ

f тическая плотность с увеличением концентрации расчет по линейному бакону, таким образом, путем фотометрирования в ближней ИК-области гетерогенная система сложного1 строения может рассматриваться как дисперсная, состоящая из двух компонентов: дисперсной среды и дисперсной фазы в виде металлических частиц износа.

flacne построения статической характеристики по указанной методике испытывают новую пару трения, выполненную из тех

1 же материалов. Предельная величина износа равна 2 мг, Иэ тарировочной зависимости этому соответствует параметр kD=5750 м8.

Далее без разборки узла трения через промежуток времени, примерно равный первоначальной наработке, отбирают с интервалом в два часа три пробы с значениями kD, равными 5325; 5640 и 6030 мВ. При достижении.kD больше предельно установ10 ленной величины тарировочной зависимости (5750 мВ) эксперимент прекращают.

Контрольное взвешивание образца в этой точке, проведенное после испытаний, дает фактическое значение весового износа, ко15 торбе равно 2,2 мг. Относительная погрешность измерений, определенная по формуле

٠— И

Иф

20 где И вЂ” фактический износ; И вЂ” износ, полученный из тарировочной зависимости при фактическом значении параметра kD=6080 мВ, в два раза меньше относительной по25 грешности по предельно назначенной величине износа в 2 мг.

Таким образом, повышение точности оценки износа сопряжений достигается за счет однозначной интерпретации результа30 тов измерений. Естественным обобщением

Формула изобретения, Способ оценки износа трущихся сопряжений в присутствии смазочных или иных материалов, заключающийся в том, что отбирают пробу отработанного смазочного или иного материала,.фотометрируют ее в видимой области спектра, регистрируют наличие в ней механических примесей, сравнивают текущее значение этих примесей с предельным и по результатам сравнения судят о величине износа пары трения, о т л и40

50 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности оценки, фотометрирование пробы отработанного смазочного или иного мате-. риала осуществляют в ближней инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн

0,8- 1,0 мкм. способа является автоматизация, измерений износа, которая может осуществляться в период эксплуатации путем применения встроенных фотометрических датчиков с

З5 последующей обработкой информации в режиме реального времени.

1714455

J2 3456

34 Ь.б

I00

6

3

Х

I00

7 . б ф

2

c: 0

И, I0

2

2 3456 I 234 56

1714455

I60

2345 I иД IO, мВ

0 знос мР

@ИР, 5

Редактор И.Шулла

Заказ 687 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 1

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, улХагарина, 101

I40

I20

IOO

I

Составитель И.Вартанова

Техред М. Моргентал Корректор М.Пожо