Устройство адаптивного управления смазочным действием



Устройство адаптивного управления смазочным действием
Устройство адаптивного управления смазочным действием
Устройство адаптивного управления смазочным действием
Устройство адаптивного управления смазочным действием
Устройство адаптивного управления смазочным действием

 


Владельцы патента RU 2493380:

Любимов Дмитрий Николаевич (RU)
Долгополов Кирилл Николаевич (RU)
Вершинин Николай Константинович (RU)
Иванов Алексей Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и ресурсосбережения, а именно к устройствам для управления эксплуатационными потерями энергии и материалов преимущественно двигателей транспортных средств и приводов стационарных устройств, узлов трансмиссий и ходовой части машин. Устройство адаптивного управления смазочным действием выполнено единым блоком и включает источник низкого напряжения, соединенный с низковольтным двухполярным источником энергии, положительный выход которого соединен с анодом, а отрицательный выход - с катодом, причем анод и катод выполнены в виде гибких проводящих элементов, соединяемых с рабочими элементами узла трения, индикатор работоспособного состояния, кроме того, содержит высокочастотный генератор, постоянных во времени для каждого из двух режимов работы устройства электромагнитных импульсов: 1,4 ГГц для работы устройства в антифрикционном режиме и 20 МГц для работы устройства во фрикционном режиме. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента полезного действия, экономию потребления энергоресурсов (углеводородного топлива, электроэнергии) силовых агрегатов машин, нивелирование износа адгезионного типа, уменьшение коэффициента трения при работе устройства в «антифрикционном режиме», а также увеличение коэффициента трения и интенсивности изнашивания трущихся тел - при работе устройства во «фрикционном режиме» за счет импульсного воздействия электромагнитного поля модулируемой при трении частоты на смазочную способность материалов, составляющих их узлы трения. 7 ил., 8 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения и ресурсосбережения, а именно к устройствам для управления эксплуатационными потерями энергии и материалов преимущественно двигателей транспортных средств и приводов стационарных устройств, узлов трансмиссий и ходовой части машин, и может быть использовано для повышения их эксплуатационных характеристик, а также для управления износостойкостью материалов узлов трения машин.

Известно устройство для обработки топлива двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [Патент на полезную модель РФ №87472, 2009 г.], содержащее положительный и отрицательный электроды с постоянным зазором, в котором активация топлива производится путем изменения физико-химического состава углеводородной смеси при воздействии на нее низкотемпературной воздушной плазмой в разрядной камере плазменного конвертора топлива, подаваемой через специально спрофилированный анод и сопловые отверстия, расположенные по касательной к оси подачи топлива с последующей подачей полученной активной рабочей смеси непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Недостатком указанной полезной модели является сложность конструкции, необходимость вмешательства в структурную схему топливной системы автомобиля удорожающая его стоимость в рамках серийного производства, громоздкость конструктивного исполнения устройства обуславливающая сложность его позиционирования в подкапотном пространстве автомобиля, усложнение технического обслуживания автомобиля.

Известно устройство интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания [Патент на полезную модель РФ №97772, 2010 г.], содержащее трубопровод воздухозаборника, воздушный фильтр, топливоподающую систему, камеру смешивания топлива с воздухом (окислителем), камеру сгорания, источник тока, воздействующий зарядом сердечника на топливо в топливопроводе, снабженное вторым источником тока, воздействующим зарядом сердечника на воздух в трубопроводе воздухозаборника, с установленными в качестве источников зарядов на топливопроводе и трубопроводе воздухозаборника электромагнитами с возможностью включения последних с соответствующей сменой разноименных полюсов.

Недостатком указанной полезной модели является сложность конструкции, изменение структурной схемы топливной системы автомобиля, усложнение технического обслуживания автомобиля, недостаточная эффективность реализации улучшения эксплуатационных свойств двигателя внутреннего сгорания, поскольку положительное воздействие устройства распространяется только на топливо, но не захватывает узлы трения ДВС в которых происходит основное рассеивание на трение при его (ДВС) работе подводимой энергии, производимой при сгорании топлива.

Известно устройство для обработки топлива в двигателе внутреннего сгорания [Патент РФ №2396454, 2009 г.], содержащее корпус с входным и выходным штуцерами, высоковольтный источник питания, к которому подключены протяженные соосно расположенные электроды, создающие полость обработки, магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами и охватывающие указанную полость, разделенные магнитопроводами из магнитомягкого материала, помещенные в немагнитный корпус, так что образуют герметично закрытую часть магнитной системы, размещенную в центре корпуса, соединенную с ним электрически и являющуюся отрицательным электродом, а положительный электрод выполнен в форме указанного корпуса, тонкостенным, из ферромагнитного материала, с длиной равной длине магнитной системы, и расположен между внутренней частью магнитной системы и корпусом, при этом электроды со стороны полости обработки покрыты тонким слоем диэлектрического материала, например, тефлоном, и подключены к высоковольтному источнику питания которым является система зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Недостатками указанного изобретения является сложность конструкции, необходимость вмешательства в структурную схему топливной системы автомобиля удорожающая его стоимость в рамках серийного производства, усложнение технического обслуживания автомобиля, малая надежность в условиях эксплуатации: динамических, вибрационных нагрузок и перепада температур, за счет необходимости обеспечения герметичности магнитной системы, ограниченная область применения, связанная с требованием установки устройства в подкапотном пространстве автомобиля вблизи карбюратора, в соответствии с чем устройство не может быть отпозиционировано в подкапотном пространстве инжекторных и дизельных двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Известно устройство электронный регулятор трения [Патент на полезную модель РФ №59198, 2006 г.], принятое за прототип, содержащее термодатчик и блок управления, устройство подачи постоянного электрического напряжения, блок усиления сигнала, который соединен с выходом термодатчика, а вход устройства подачи постоянного электрического напряжения через блок управления соединен с блоком усиления сигнала, причем блок управления выполнен в виде блока управления электрическим полем.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции, недостаточно высокие показатели обеспечения антифрикционных свойств и продления ресурса работы узлов трения.

Задачей, положенной в основу изобретения, является создание устройства эффективного влияния на эксплуатационные характеристики машин и механизмов посредством управления фрикционными режимами составляющих их узлов трения, упрощение конструкции устройства.

При этом достигается технический результат, заключающийся в расширении технических возможностей устройства адаптивного управления смазочным действием (далее по тексту устройства), состоящих в его дополнительной способности обеспечивать повышение коэффициента полезного действия, экономию потребления энергоресурсов (углеводородного топлива, электроэнергии) силовых агрегатов машин, нивелирование износа адгезионного типа, уменьшение коэффициента трения при работе устройства в «антифрикционном режиме», а также увеличение коэффициента трения и интенсивности изнашивания трущихся тел - при работе устройства во «фрикционном режиме» за счет импульсного воздействия электромагнитного поля модулируемой при трении частоты на смазочную способность материалов, составляющих их узлы трения.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство выполнено единым блоком и содержит источник низкого напряжения, соединенный с низковольтным двухполярным источником энергии, положительный выход которого соединен с анодом, а отрицательный выход с катодом, причем анод и катод выполнены в виде гибких проводящих элементов, соединяемых с рабочими элементами узла трения в последовательности, определяемой в каждом отдельном случае экспериментально, индикатор работоспособного состояния, отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит высокочастотный генератор, постоянных во времени для каждого из двух режимов работы устройства электромагнитных импульсов, подключаемый к катоду или к аноду, что определяется в каждом отдельном случае экспериментально.

Использование устройства осуществляется в процессе эксплуатации узлов трения машины или механизма без необходимости вмешательства в их структурную схему - топливной или механической системы, разработанных и установленных на заводе изготовителе. Величина напряженности подаваемого электромагнитного поля и способ соединения анода и катода с рабочими элементами узла трения в целях повышения эффективности влияния устройства на смазочную способность материалов узлов трения и упрощения его конструкции в каждом отдельном случае использования устройства определяется экспериментально. Для этого оцениваются условия работы, конструкция машины или ее механизмов, геометрические характеристики (величина износа) и материал сопряженных поверхностей трущихся тел. Приведенные эксплуатационные показатели машины или механизма могут быть определены на основании:

- визуального осмотра,

- изучения технической документации на данную машину,

- диагностикой с использованием любых известных методов и средств трибомониторинга.

С помощью высокочастотного генератора на катоде и (или) на аноде генерируются электромагнитные импульсы с постоянной во времени частотой, равной 1,4 ГГц для работы устройства в «антифрикционном режиме» и 20 МГц для работы устройства во «фрикционном режиме». Повышению антифрикционных характеристик узла трения способствует воздействие на него частотой 1,4 ГГц, а ухудшению антифрикционных характеристик узла трения способствует воздействие на него частотой 20 МГц [1].

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит источник низкого напряжения - 1, низковольтный двухполярный источник энергии - 2, анод - 3, катод - 4, высокочастотный генератор постоянных во времени электромагнитных импульсов - 5, переключатель - 6, индикатор работоспособного состояния устройства - 7. Устройство (заключено в прямоугольник штриховой линией) подключается к рабочим элементам узла трения - 8 и 9 (условно - штрихпунктирные круги). Причем устройство может подключаться как к нескольким рабочим элементам узла трения, составляющего трибосистему, так и к одному из них. Устройство имеет малые габариты, за счет чего адаптируется к большинству конструкций узлов трения механизмов и машин. Габариты собственно устройства не превышают значений: 45×35×25 миллиметров (длинах ширинах высота соответственно), масса собственно устройства не превышает 200 грамм. Устройство выполнено в виде единого блока, подключаемого извне к узлам трения машин, поэтому не затрагивает какие-либо изменения в конструкции, как самого узла трения машины, так и принципиальной схемы слагающих ее агрегатов.

Устройство работает следующим образом.

Источник низкого напряжения устройства 1 соединен с электрической цепью машины или пусковой установкой механизма, для того чтобы включение устройства происходило одновременно с включением машины или механизма, а его выключение происходило одновременно с выключением машины или механизма, что позволяет снизить энергопотребление устройства в момент технологического или иного простоя машины или механизма. Напряжение от источника низкого напряжения 1 подается на низковольтный двухполярный источник энергии 2, преобразующий входное электрическое напряжение, создаваемое источником низкого напряжения, до оптимальных (задаваемых на основании предварительного трибомониторинга эксплуатационных показателей) для данных условий работы машины или механизма, а также режима работы собственно устройства, значений электромагнитного поля, а посредством анода 3 или катода 4, переключение между которыми осуществляется переключателем 6, электромагнитное поле подается на рабочие элементы узла трения 8, 9. Такое воздействие, за счет имеющегося в устройстве высокочастотного генератора 5 имеет импульсный характер с постоянной во времени для каждого из режимов работы устройства частотой. Индикатор работоспособного состояния устройства 7 сигнализирует о его исправном или не исправном состоянии.

Предпочтительно подключение анода и (или) катода осуществляется к электропроводным частям машины или механизма, которыми могут быть в частности рабочие элементы узла трения. Это обеспечивает за счет условия эквипотенциальности их поверхности создание подведенного в одну точку поверхности элемента узла трения потенциала по всей поверхности, что позволяет увеличить площадь воздействия электромагнитного поля устройства на узел трения.

Действие устройства на узел трения носит синергетический характер и основано на поляризации элементов фрикционной системы от внешнего источника.

При трении во фрикционном контакте индуктируются токи. Динамические нагрузки, вызывая переменные деформации материала, в контакте сопряженных деталей, приводят к появлению переменного потока магнитной индукции в деформируемом слое. Изменение магнитного потока наводит ЭДС индукции в контуре образованном сопряженными деталями. Электрическое сопротивление между этими деталями, обусловленное свойствами смазочного материала, поверхностными пленками и т.д. приводит к переменной разности потенциалов в зоне контакта [2]. При этом действие генерируемого трением электрического поля носит переменный (не направленный) характер, что при наложении теплового (беспорядочного) движения структурных элементов (атомов, молекул, ионов) смазочного материала затрудняет образование на поверхности трения защитных смазочных структур, таких как, например, пленок фрикционного переноса, серфинг-пленок, иных пленок смазочного материала. Под действием направленного внешнего электромагнитного поля определенной частоты, создаваемого устройством, происходит явление электростатической индукции (поляризация) молекул смазочного материала вблизи источника электромагнитного поля. Явление поляризации заключается в нарушении равновесного распределения зарядов в веществе и появлении отличного от нуля результирующего момента, пропорционального величине напряженности электромагнитного поля. Появление у молекул смазочного материала двух и более электрических полюсов (образование мультиполя) улучшает адгезию к заряженным поверхностям рабочих элементов узла трения за счет упорядочивания их теплового движения в приповерхностном объеме смазочного материала ориентационным воздействием электромагнитного поля. При этом поверхность трения и концы диполей притягиваются с последующей адсорбцией последних на поверхности. В результате чего вблизи поверхности трения возникает двойной электрический слой, потенциалопределяющая часть которого будет иметь знак заряда поверхности [3], и на основании чего будет оказывать поляризационное - индукционное [4] влияние на нейтральные молекулы смазочного материала, удаленные от заряженной поверхности трения на расстояния, превышающие радиус действия электрических сил, генерируемых электромагнитным полем устройства. Таким образом, на поверхности трения формируется несколько слоев поляризованных молекул смазочного материала, участвующих в коллективном взаимодействии в период действия устройства. Причем взаимодействие поляризованных молекул с поверхностью твердого тела, происходящее во внешнем электромагнитном поле приводит к их ориентации перпендикулярно поверхности, создавая подобие «ворса», что повышает несущую способность трибосопряжения в период действия устройства [5].

Подключение устройства к узлу трения оказывает влияние на смачивание поверхности трения. Из литературных данных известно, что приложением потенциала определенного знака (знак и величина которого определяются в зависимости от материала поверхности) можно улучшить смачивание (повысить адгезию) или ухудшить смачивание (уменьшить адгезию) твердого тела защитной смазочной средой [6].

Нами установлено, что воздействие электромагнитного поля определенной частоты на фрикционное взаимодействие материалов не только катализирует адгезионный перенос, но и возникающие при этом пондемоторные силы способствуют перемещению мезо- и макрообъемов вещества, которым в частности может выступать смазочный материал. Т.е. пондемоторные силы, возникающие при воздействии устройства, дополнительно способствуют лучшему распределению смазочной среды по поверхности трения и ее ориентации в поле действия фрикционных сил. Причем, внешними факторами, определяющими величину возникающей пондемоторной силы, и соответственно степень ее воздействия на формирование защитной смазочной пленки на поверхности трения, являются: частота внешнего импульсного воздействия и электрическая энергия процесса поляризации вещества [7]. Установлено, что повышению антифрикционных характеристик узла трения способствует воздействие на него частотой 1,4 ГГц, а ухудшению антифрикционных характеристик узла трения способствует воздействие на него с частотой 20 МГц [1].

На фиг.2 приведены фотографии поверхностей трения, покрытых смазочным материалом, выполненные на сканирующем туннельном микроскопе. На фиг.2а представлена фотография поверхности трения при использовании устройства в «антифрикционном режиме», на фиг.2б - без использования устройства, на фиг.2в - при использовании устройства во «фрикционном режиме». Видно, что при использовании устройства в «антифрикционном режиме» поверхность трения более однородно покрыта молекулами смазочного материала - наблюдается ее лучшее смачивание. В данном случае молекулы располагаются на поверхности трения в виде длинных цепей (это подтверждает структурирующее влияние на смазочный материал устройства) с четко выраженной ориентацией как по высоте (в виде «ворса»), так и в направлении трения, что в соответствии с общими законами трения способствует снижению коэффициента трения и повышения несущей способности сопряжения. Известно, что контактное напряжение, которое может выдержать хорошо ориентированный граничный слой толщиной 0,02-0,04 мкм, составляет 5-6 МПа, а несущая способность полимолекулярного слоя не превышает 5-10 МПа [8]. В соответствии с чем, в пределах указанных значений можно говорить об исключении возможности проявления износа адгезионного типа. При исследовании поверхности смазочной пленки, сформированной без включения устройства фиг.2б хорошо видно, что молекулярные цепи смазочного материала короткие, а их ориентация вдоль направления трения просматривается слабо. Визуально рельеф молекулярных цепей хаотичный: они направлены как вдоль направления трения, так и поперек него. Для случая трения устройства во «фрикционном режиме» (фиг.2в) видны явные неоднородности строения смазочной пленки, разрывы, какая-либо структурная ориентация ее молекулярных цепей полностью отсутствует, рельеф смазочной пленки беспорядочный как по высоте, так и по периметру приведенного фотоснимка.

Таким образом, воздействие на узел трения внешнего электромагнитного поля устройства приводит к поляризации смазочного материала с последующим образованием высокоориентированных смазочных структур, обладающих повышенной несущей, а, следовательно, и защитной способностью. Использование импульсного воздействия с заданной частотой приводит к улучшению формирования (более полному заполнению области фрикционного контакта) или ухудшению формирования защитных смазочных структур на поверхности трения в зависимости от требований, предъявляемых к области использования устройства и стоящей перед ним задачи. Например, фрикционный режим, может быть использован для ускорения приработки материалов узлов трения.

Устройство может нивелировать износ адгезионного типа, уменьшить коэффициент трения, в соответствии с чем, повысить коэффициент полезного действия машины или механизма за счет снижения доли затрачиваемой энергии на преодоление непроизводительных сил сопротивления движению, что в свою очередь обеспечивает снижение энергопотребления механизма или машины в целом. За счет уменьшения потерь на трение, сопровождающих рост КПД, эффективной мощности, снижается потребление энергоресурсов (углеводородного топлива или электроэнергии) машиной или механизмом. Уменьшение потребления углеводородного топлива (для тепловых машин) приводит к сокращению вредных выбросов в отработанных газах.

Дополнительным аспектом воздействия устройства на фрикционную систему - узел трения - может служить ее электрохимическая поляризация. Этот процесс способен управлять кинетикой протекания коррозионных процессов в узле трения, отклоняя величину потенциала рабочих элементов узла трения от их равновесного значения [9], что оказывает влияние на интенсивность изнашивания трибосопряжения: усиление коррозионных процессов приводит к интенсификации изнашивания трибосопряжения, ингибирование коррозионных процессов - уменьшает износ.

Таким образом, представленное к патентной защите устройство адаптивного управления смазочным действием может быть применено узлах трения машин и механизмов, причем его использование не требует их конструктивных изменений и изменений в режимах их эксплуатации. Изложенная сущность заявляемого технического решения дает нам возможность утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию патентоспособности изобретения - «новизна». Сравнение предлагаемого к патентной защите устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, аналогичные заявляемым, что дает возможность сделать вывод о соответствии условию патентоспособности изобретения - «изобретательский уровень».

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Для сравнения степени влияния устройства на эксплуатационные характеристики машин в отношении известного технического решения «Электронный регулятор трения», отраженного в патенте на полезную модель №59198 были проведены испытания на стенде, моделирующем работу двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Причем в данном случае работа устройства осуществлялась в «антифрикционном режиме», а положительный потенциал электромагнитного поля посредством анода прикладывался к цилиндро-поршневой группе (в рассматриваемом случае первый рабочий элемент) ДВС с частотой электромагнитных импульсов 1,4 ГГц, а отрицательный потенциал посредством катода прикладывался к металлической проводящей емкости со смазочным материалом, являющейся неотъемлемой частью механической, охлаждающей системы ДВС, воздействуя непосредственно на находящееся в ней моторное масло (в рассматриваемом случае второй рабочий элемент) машины. Фотография испытательного стенда с установленным на нем «устройством» (устройство обведено в круг и имеет указание стрелкой) приведена на фиг.3.

При подключении устройства зафиксированное уменьшение потребления топлива, сокращение вредных выбросов (СО, СН, NOx) в отработанных газах, повышение эффективной мощности и коэффициента полезного действия ДВС по сравнению с «Электронным регулятором трения» выше. Результаты проведенных сравнительных испытаний проиллюстрированы Таблицами 1-3 Приложения.

Пример 2. Для сравнения степени влияния устройства на эксплуатационные характеристики машин в отношении известного технического решения «Электронный регулятор трения», отраженного в патенте на полезную модель №59198 были проведены испытания на лифте марки ПЛ-500 многоэтажного дома, принадлежащего ООО «Пассаж» (г.Ростов-на-Дону). Причем в данном случае работа устройства осуществлялась в «антифрикционном режиме», а положительный потенциал электромагнитного поля посредством анода прикладывался к входному валу редуктора (в рассматриваемом случае первый рабочий элемент) с частотой электромагнитных импульсов 1,4 ГГц, а отрицательный потенциал посредством катода прикладывался к металлическому проводящему корпусу редуктора приводного механизма лифта, воздействуя непосредственно на находящееся в нем смазочное трансмиссионное масло (в рассматриваемом случае второй рабочий элемент). По результатам исследований установленное уменьшение энергопотребления силовой установкой лифта при подключении устройства по сравнению с подключением «Электронного регулятора трения» выше. Результаты проведенных испытаний проиллюстрированы Таблицей 4 Приложения.

Пример 3. Для установления степени влияния устройства на эксплуатационные характеристики машин были проведены испытания на компрессоре ЭК-4В, представляющим собой двухцилиндровый, горизонтальный, однорядный, одноступенчатый, поршневой, кривошипно-шатунный компрессор с воздушным охлаждением, барботажной смазкой и электрическим приводом постоянного тока. Характеристики компрессора номинальная частота вращения коленчатого вала компрессора 280 об/мин, мощность электродвигателя ДК-410 3,5 кВт. На момент испытания применялось компрессорное масло КС-19. Причем в данном случае работа устройства осуществлялась в «антифрикционном режиме», а положительный потенциал электромагнитного поля посредством анода прикладывался к валу электродвигателя (в рассматриваемом случае первый рабочий элемент) с частотой электромагнитных импульсов 1,4 ГГц, а отрицательный потенциал посредством катода прикладывался к металлической проводящей емкости со смазочным материалом, являющейся неотъемлемой частью механической, охлаждающей системы компрессора, воздействуя непосредственно на находящееся в ней компрессорное масло (в рассматриваемом случае второй рабочий элемент). По результатам исследований установлено уменьшение значений пускового тока, а также требуемого времени для наполнения емкости компрессора до обеспечения давления в 8 кгс/см, расхода электроэнергии. Результаты проведенных испытаний проиллюстрированы Таблицей 5 Приложения.

Пример 4. Для установления степени влияния устройства на эксплуатационные характеристики машин были проведены его эксплуатационные испытания на автомобиле «Opel Corsa» (объем двигателя 1,3 см3, мощность 75 л.с.). Причем в данном случае работа устройства осуществлялась в «антифрикционном режиме», а положительный потенциал электромагнитного поля посредством анода прикладывался к цилиндро-поршневой группе (в рассматриваемом случае первый рабочий элемент) ДВС с частотой электромагнитных импульсов 1,4 ГГц, а отрицательный потенциал посредством катода прикладывался к металлической проводящей емкости со смазочным материалом, являющейся неотъемлемой частью механической, охлаждающей системы ДВС, воздействуя непосредственно на находящееся в ней моторное масло (в рассматриваемом случае второй рабочий элемент). По результатам испытаний установлено снижение потребления топлива автомобиля. Результаты осуществленных эксплуатационных испытаний представлены Таблицей 6 Приложения.

Пример 5. Для установления степени влияния устройства на возможность управления фрикционными режимами узлов трения были проведены испытания на машине трения торцевого типа, реализующей схему испытаний аналогичной машине трения «Беттелевского мемориального института» [10]. Испытания проводились на паре трения: «Бронза (БрО10Ц2 ГОСТ 613-79) - Сталь 45 (ГОСТ 1050-88)» в среде смазочного материала - масла «POLADYNE» 10W-30 производства фирмы «Irvine» (США). Режимы трения: скорость скольжения ϑ=1 м/с, удельная нагрузка р=0,5 МПа. Проведена серия опытов без использования устройства, а также эксперименты, в которых устройство работало в «антифрикционном режиме» при котором положительный потенциал (6 Вольт) электромагнитного поля посредством анода создавался на стальном контртеле (первый рабочий элемент) с частотой электромагнитных импульсов 1,4 ГГц (соответственно отрицательный потенциал посредством катода подавался на бронзовые образцы (второй рабочий элемент)), а затем при работе устройства во «фрикционном режиме», при котором положительный потенциал электромагнитного поля (6 Вольт) посредством анода создавался на истираемых бронзовых образцах (первый рабочий элемент) (соответственно отрицательный потенциал посредством катода подавался на стальное контртело (второй рабочий элемент) с частотой электромагнитных импульсов 20 МГц). В качестве измеряемого параметра выбран коэффициент трения и масса адгезива - в рассматриваемом случае смазочного материала, перенесенного на металлическую поверхность трения. Масса адгезива измерялась на аналитических весах АД-200 с погрешностью измерений ±0,5 мг. Результаты проведенных испытаний проиллюстрированы Таблицей 7 Приложения.

Пример 6. Для установления степени влияния устройства на возможность управления фрикционными режимами металлополимерных узлов трения были проведены испытания на машине трения торцевого типа, реализующей схему испытаний аналогичной машине трения «Беттелевского мемориального института». Испытания проводились на паре трения: «Фторопласт-4 С (ГОСТ 10007-80) - Сталь 45 (ГОСТ 1050-88)». Режимы сухого трения: скорость скольжения ϑ=1 м/с, удельная нагрузка р=0,5 МПа. Проведена сравнительная серия опытов без использования устройства, при работе устройства в «антифрикционном режиме» при котором положительный потенциал (200 Вольт) электромагнитного поля посредством анода создавался только на стальном контртеле с частотой электромагнитных импульсов 1,4 ГГц, а затем при работе устройства во «фрикционном режиме», при котором отрицательный потенциал (200 Вольт) электромагнитного поля посредством катода создавался только на стальном контртеле с частотой электромагнитных импульсов 20 МГц. В качестве измеряемого параметра выбран коэффициент трения, а также произведена визуальная оценка поверхности трения с использованием оптического микроскопа ЛЮМАМ-ИЗ. Результаты проведенных испытаний проиллюстрированы Таблицей 8 Приложения и фиг.4. При использовании устройства в «антифрикционном режиме» (фиг.4б) пленочная структура, покрывающая поверхность металла более однородна по толщине, не имеет разрывов, полностью заполняет поверхность стали. При этом пленка имеет четко выраженные новообразования на поверхности уже имеющегося слоя, свидетельствующие о продолжающемся его послойном росте в поле действия электромагнитных сил, создаваемых устройством.

Список используемой литературы

1. Любимов Д.Н., Вершинин Н.К., Долгополов К.Н. Тонкая структура трибоплазмы в контакте фторопласт - сталь и ее связь с фрикционными параметрами узла трения // Трение и смазка в машинах и механизмах, №7, 2011 г. - на стр.40.

2. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: «Издательство МСХА», 2001 г, на стр.140.

3. Рыжиков В.А., Долгополов К.Н. Электрохимические процессы в узлах трения. Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедение и мехатронике: Материалы IV Международной научно-практической конференции, г.Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ) - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005 г. на стр.8-9.

4. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: «Высшая школа», 1975 г. - на стр.105.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. - М.: «Физико-математическая литература», 1963 г. - на стр.218, а также стр.182.

6. Басин В.Е. Адгезионная прочность. - М. Химия. 1981, на стр.86.

7. Долгополов К.Н. Повышение эксплуатационных характеристик бытовых машин путем интенсификации процессов смазки трибосопряжений / Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Шахты, 2009. - на стр.15-16 с.

8. Фукс Г.И. Адсорбция и смазочная способность масел (обзор) // Трение и износ. - 1983(4), №3. - на стр.401 и 409.

9. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 23-е изд., стереотипное / под ред. В.А.Рабиновича. - Л.: Химия, 1983 г. - на стр.293-294.

10. Шведков Е.Л., Ровинский Д.Я., Зозуля В.Д., Браун Э.Д. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. - Киев: Наук. думка, 1979. - на стр.71.

Приложение

Таблица 1
Усредненные результаты, %, относительно базового состояния ДВС, проведенных сравнительных стендовых испытаний
«Электронный регулятор трения»
Повышение Снижение
Эффективная мощность Эффективный КПД Расход топлива СО СП NOx
0,840 4,621 4,344 18,90 19,05 6,53
«Устройство»
Повышение Снижение
Эффективная мощность Эффективный КПД Расход топлива СО СП NOx
1,392 5,233 5,036 21,14 24,78 10,96
Таблица 2
Момент механических потерь ДВС, Нм, при использовании «Электронного регулятора трения»
Частота вращения коленчатого вала, об/мин Начальное состояние «Электронный регулятор трения»
Закрытый дроссель Открытый дроссель Закрытый дроссель Открытый дроссель
300 26,0 23,0 24,0 22,0
500 17,5 17,0 17,0 16,5
800 16,5 12,5 16,0 13,0
1000 16,5 12,5 16,0 12,5
1500 18,0 13,5 17,5 13,0
2000 19,0 14,0 18,0 14,0
2500 21,0 16,0 20,0 16,0
3000 24,0 18,5 21,0 17,5
Таблица 3
Момент механических потерь ДВС, Нм, при использовании «Устройства»
Частота вращения коленчатого вала, об/мин Начальное состояние «Устройство»
Закрытый дроссель Открытый дроссель Закрытый дроссель Открытый дроссель
300 26,0 23,0 23,0 21,0
500 17,5 17,0 16,0 15,5
800 16,5 12,5 15,0 12,0
1000 16,5 12,5 15,0 11,5
1500 18,0 13,5 16,5 12,0
2000 19,0 14,0 17,5 13,5
2500 21,0 16,0 19,0 15,0
3000 24,0 18,5 20,0 16,5
Таблица 4
Усредненные значения параметров, измеренных при проведении сравнительных испытаний на лифтах
Наименование Потребляемая мощность, кВт
Базовое состояние силовой установки лифта 32,3
После установки «Электронного регулятора трения» 30,2
После установки «Устройства» 27,4
Таблица 5
Усредненные значения параметров, измеренных при проведении испытаний «Устройства» на компрессоре
Контролируемый параметр оборудования До использования «Устройства» После подключения «Устройства»
Пусковой ток, А 10,35 7,6
Время (сек) наполнения емкости компрессора до обеспечения давления в 8 кгс/см2. 48 42
Расход электроэнергии (кВт*ч) 0,240 0,18
Таблица 6
Результаты эксплуатационных испытаний «Устройства» на автомобиле «Opel Corsa» (50 дней испытаний)
Порядковый номер заправки Пробег, км Средний расход, л/100 км. Процентный расход топлива относительно базового состояния машины
Без «Устройства»
0 690 6,039 100%
С подключением «Устройства» в «антифрикционном режиме»
1 807 5,449 90,22%
2 808 5,517 91,36%
3 738 5,774 95,61%
4 776 5,628 93,19%
5 803 5,476 90,67%
6 883 5,400 89,41%
7 864 5,211 86,28%
8 776 5,961 98,71%
Итого: 6455 5,552 91,93%
Таблица 7
Результаты испытаний «Устройства» в паре трения «бронза-сталь»
Наименование параметра Режим работы «Устройства»
«Фрикционный» Без «Устройства» «Антифрикционный»
Коэффициент трения, fтр. 0,06 0,09 0,03
Масса адгезива, М, мг. 2,5 12 22
Таблица 8
Изменение фрикционных характеристик металлополимерного узла трения под воздействием «Устройства»
Наименование параметра Режим работы устройства
«Фрикционный» Без «Устройства» «Антифрикционный»
Коэффициент трения, fтр. 0,36 0,25 0,12

Устройство адаптивного управления смазочным действием, включающее источник низкого напряжения, соединенный с низковольтным двухполярным источником энергии, положительный выход которого соединен с анодом, а отрицательный выход - с катодом, причем анод и катод выполнены в виде гибких проводящих элементов, соединяемых с рабочими элементами узла трения, и индикатор работоспособного состояния, отличающееся тем, что содержит высокочастотный генератор, постоянных во времени для каждого из двух режимов работы устройства электромагнитных импульсов: 1,4 ГГц для работы устройства в антифрикционном режиме и 20 МГц для работы устройства во фрикционном режиме.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для испытаний инженерных сооружений, преимущественно мостовых переходов на сейсмостойкость . .

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет улучшить эксплуатационные свойства масла. .
Наверх