НОВЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАБОТЫ СО СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
65
УДК 620.179
К. Н. ВОЙНОВ, Е. В. САМОЙЛОВА, Е. В. ЧЕРТОК
НОВЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАБОТЫ СО СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Представлены приборы, предназначенные для контроля качества и адгезионных свойств пластичных смазочных материалов, а также определения коэффициентов трения покоя. Приведено описание новой конструкции объемного шарового насоса для перекачивания различных жидких сред. Ключевые слова: смазка, прибор, адгезия, шаровой насос, программа.
В настоящее время существенно изменилась ситуация на рынке продаж различных смазочных материалов. Рекламируемые частными фирмами смазки многоцелевого назначения, как показывают многочисленные проверки, к сожалению, зачастую не отвечают требованиям, предъявляемым к этим материалам. Использование же недоброкачественной смазочной продукции приводит к ощутимым потерям для потребителей. Применение не соответствующих стандартам смазочных материалов вызывает преждевременный выход из строя оборудования и специальной техники.
Для проведения экспресс-контроля качества пластичных смазочных материалов был разработан прибор — „Адгезиметр“ [1], в котором использован принцип реализации центробежного ускорения вращающегося образца с предварительно нанесенным на его поверхность мерным количеством пластичной смазки (рис. 1).
В конструкции прибора использован высокооборотный электрический двигатель 1, скорость вращения выходного вала которого может плавно регулироваться с помощью специальной кнопки. До начала опыта электронные весы 7 показывают массу установленного в раме 2 на основании 8 пустого прозрачного стакана 6 с надетой на него крышкой 5. Смазка, нанесенная на пустотелый цилиндрический образец 4, по показанию весов первоначально не фиксируется. Затем включается высокооборотный электрический двигатель. Экспериментатор
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
66 К. Н. Войнов, Е. В. Самойлова, Е. В. Черток
плавно увеличивает и контролирует с помощью датчика Холла число оборотов выходного
вала с прикрепленным к нему через муфту 3 образцом. При этом в определенный момент
времени смазочный материал начинает отделяться от поверхности образца и за счет центро-
1 бежной силы попадает на внутренние стенки стакана, увеличивая его исходную
массу. Это непрерывно фиксируется элек-
тронными весами с точностью, например,
5 2 до 0,02 г. Когда установлен момент, при котором прекращается увеличение массы
стакана, наблюдение прекращается. При
этом определяются как начальная ско-
6 3 рость, с которой часть смазочного мате-
риала отделяется от образца, так и пре-
дельное ее значение, когда поверхность
образца будет полностью освобождена от
4 смазки. По этому показателю прибор также 7 может выявить, имеет ли смазка отклоне-
ния от стандарта, а следовательно, является
бракованной или фальсифицированной.
8 Данные экспресс-контроля сравниваются с
результатами, полученными при испыта-
Рис. 1
нии стандартизованной (эталонной) смазки. Представленный прибор может рабо-
тать как при пониженной, так и при повышенной температуре, что позволяет проверять качест-
во и адгезию смазочного материала в условиях, приближенных к эксплуатационным.
Для оценки коэффициента трения покоя шероховатых поверхностей трения — тела и
контртела — при разной их взаимной ориентации, а также при наличии тонкого слоя смазоч-
ного материала на их поверхностях был разработан другой специальный прибор.
Приведем краткую техническую характеристику этого прибора, реализованного как в
механическом, так и в электрическом исполнении. Количество испытываемых образцов —
одна пара; формы образцов — круглые, квадратные, прямоугольные, треугольные и др.; на-
грузка прижатия соответствует массе верхнего образца (обычно до 1 кг); шероховатость, по-
крытие, твердость поверхностей трения — любые; точность измерения коэффициента трения
при механическом исполнении прибора — до 0,02 мм (при электрическом или электронном
контроле может быть существенно выше). В последнем случае учитывается при наклоне
платформы изменение фиксируемого напряжения с учетом изменения встроенного в схему
электрического сопротивления.
Изменение коэффициента трения покоя оценивается по следующей схеме. Первона-
чально на верхнем образце, имеющем, к примеру, круглую форму, сбоку с шагом 30° нано-
сятся риски, которые не портят поверхность трения. Поворотная платформа при этом нахо-
дится в горизонтальном положении. Далее, нижний образец жестко фиксируется в кювете и
на него накладывается верхний образец с нулевой отметкой-риской. Затем посредством плав-
ного вращения винтового механизма осуществляется наклон поворотной платформы до мо-
мента „сползания“ верхнего образца с поверхности нижнего. Тангенс фиксируемого при этом
угла наклона платформы и есть коэффициент трения покоя. При последовательном повторе-
нии опыта с шагом 30° определяются значения коэффициента трения покоя как для сухих по-
верхностей трения, так и при наличии на них тонкой пленки смазки.
Результат анализа изменения коэффициента трения покоя с использованием разрабо-
танного в программе MathCad алгоритма графически представлен на рис. 2, здесь по верти-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
Новые приборы и устройства для работы со смазочными материалами
67
кальной и горизонтальной осям отложены координаты восьми точек, показывающие изменение коэффициента трения покоя при повороте платформы с шагом 30º. График четко демонстрирует влияние взаимной ориентации шероховатости тела и контртела на изменение величины изучаемого коэффициента: максимальные его значения появляются при таком распо-
ложении шероховатости, когда диагональ 1—1′, соединяющая соответствующие точки, мак-
симальна; при ориентации шероховатости по линии 2—2′ силы трения, температура, износ в паре трения и период приработки будут значительно меньшими.
40
nj yk 20 qi
ei 0
ti oi
ai –20
di
1
2 2′
1′
–40 –40 –20 0 20 40
mj, xk, wi, ri, ui, pi, si, fi
Рис. 2
В некоторых случаях нет смысла осуществлять поворот верхнего образца. Это относится обычно к ситуации, когда на поверхностях трения имеется устойчивая тонкая пленка смазки, закрывающая максимальные вершины шероховатости поверхности, а также когда на поверхностях трения имеются шероховатости кольцевого типа.
Авторами была разработана также новая конструкция объемного шарового насоса [2], предназначенного для перекачивания жидких сред.
Изображение шарового насоса с плоскими дисками (а) и с дисками специальной формы (б, в) представлено на рис. 3.
а) б) в)
Рис. 3
Насос имеет шаровидной формы корпус, соединяемый из двух половинок. В корпусе на одной оси расположены два поворотных диска, а также имеются по два входных и выходных
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
68 К. Н. Войнов, Е. В. Самойлова, Е. В. Черток
патрубка. Одна пара служит для всасывания жидкой среды (воды, масла, глицериновой композиции и др.), а другая обеспечивает полный выброс среды из камеры. Функции патрубков без остановки насоса можно поворотом рукоятки поменять на противоположные. Области применения насоса весьма широки: перекачивание жидкой среды из больших по объему емкостей в малые и наоборот; обеспечение централизованной системы смазки для специального оборудования в цехах предприятий; выполнение функции искусственного человеческого сердца для перекачивания крови; выполнение функции гидромашины с возможностью мгновенного реверсирования тока рабочей среды, а следовательно, и направления прикладываемого усилия. Производительность разработанного насоса и надежность значительно выше по сравнению с известными аналогами такого же класса насосов. Кроме того, насос имеет повышенный ресурс эксплуатации, так как его конструкция содержит минимальное число пар трения. Важным является и тот факт, что выталкивание жидкой среды из шарового насоса осуществляется практически полное, так как диски модернизированной конусовидной формы при работе сближаются до соприкосновения.
Апробация в лабораторных и производственных условиях показала эффективность работы всех описанных вариантов приборов и возможность их использования в различных областях, в частности на железнодорожном транспорте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Войнов К. Н. и др. Новые конструкторско-технологические решения для железнодорожного транспорта: Учеб. пособие. СПб: ПГУПС, 2009. 30 с.
2. Пат. 79619 РФ, МПК F 01 C 3/00. Роторная объемная машина / Дёжинов Б. А., Войнов К. Н., Черток Е. В. // Опубл. 10.01.09. Бюл. № 1.
Кирилл Николаевич Войнов Елена Викторовна Самойлова Елена Витальевна Черток
Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Петербургский государственный универси-
тет путей сообщения, кафедра теории механизмов и робототехнических систем; E-mail: forstar@mail.ru — аспирант; Петербургский государственный университет путей сообщения, кафедра теории механизмов и робототехнических систем; E-mail: helenasam@mail.ru — аспирант; Петербургский государственный университет путей сообщения, кафедра теории механизмов и робототехнических систем; E-mail: chertok83@mail.ru
Рекомендована кафедрой мехатроники СПбГУ ИТМО
Поступила в редакцию 15.06.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
УДК 620.179
К. Н. ВОЙНОВ, Е. В. САМОЙЛОВА, Е. В. ЧЕРТОК
НОВЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАБОТЫ СО СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Представлены приборы, предназначенные для контроля качества и адгезионных свойств пластичных смазочных материалов, а также определения коэффициентов трения покоя. Приведено описание новой конструкции объемного шарового насоса для перекачивания различных жидких сред. Ключевые слова: смазка, прибор, адгезия, шаровой насос, программа.
В настоящее время существенно изменилась ситуация на рынке продаж различных смазочных материалов. Рекламируемые частными фирмами смазки многоцелевого назначения, как показывают многочисленные проверки, к сожалению, зачастую не отвечают требованиям, предъявляемым к этим материалам. Использование же недоброкачественной смазочной продукции приводит к ощутимым потерям для потребителей. Применение не соответствующих стандартам смазочных материалов вызывает преждевременный выход из строя оборудования и специальной техники.
Для проведения экспресс-контроля качества пластичных смазочных материалов был разработан прибор — „Адгезиметр“ [1], в котором использован принцип реализации центробежного ускорения вращающегося образца с предварительно нанесенным на его поверхность мерным количеством пластичной смазки (рис. 1).
В конструкции прибора использован высокооборотный электрический двигатель 1, скорость вращения выходного вала которого может плавно регулироваться с помощью специальной кнопки. До начала опыта электронные весы 7 показывают массу установленного в раме 2 на основании 8 пустого прозрачного стакана 6 с надетой на него крышкой 5. Смазка, нанесенная на пустотелый цилиндрический образец 4, по показанию весов первоначально не фиксируется. Затем включается высокооборотный электрический двигатель. Экспериментатор
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
66 К. Н. Войнов, Е. В. Самойлова, Е. В. Черток
плавно увеличивает и контролирует с помощью датчика Холла число оборотов выходного
вала с прикрепленным к нему через муфту 3 образцом. При этом в определенный момент
времени смазочный материал начинает отделяться от поверхности образца и за счет центро-
1 бежной силы попадает на внутренние стенки стакана, увеличивая его исходную
массу. Это непрерывно фиксируется элек-
тронными весами с точностью, например,
5 2 до 0,02 г. Когда установлен момент, при котором прекращается увеличение массы
стакана, наблюдение прекращается. При
этом определяются как начальная ско-
6 3 рость, с которой часть смазочного мате-
риала отделяется от образца, так и пре-
дельное ее значение, когда поверхность
образца будет полностью освобождена от
4 смазки. По этому показателю прибор также 7 может выявить, имеет ли смазка отклоне-
ния от стандарта, а следовательно, является
бракованной или фальсифицированной.
8 Данные экспресс-контроля сравниваются с
результатами, полученными при испыта-
Рис. 1
нии стандартизованной (эталонной) смазки. Представленный прибор может рабо-
тать как при пониженной, так и при повышенной температуре, что позволяет проверять качест-
во и адгезию смазочного материала в условиях, приближенных к эксплуатационным.
Для оценки коэффициента трения покоя шероховатых поверхностей трения — тела и
контртела — при разной их взаимной ориентации, а также при наличии тонкого слоя смазоч-
ного материала на их поверхностях был разработан другой специальный прибор.
Приведем краткую техническую характеристику этого прибора, реализованного как в
механическом, так и в электрическом исполнении. Количество испытываемых образцов —
одна пара; формы образцов — круглые, квадратные, прямоугольные, треугольные и др.; на-
грузка прижатия соответствует массе верхнего образца (обычно до 1 кг); шероховатость, по-
крытие, твердость поверхностей трения — любые; точность измерения коэффициента трения
при механическом исполнении прибора — до 0,02 мм (при электрическом или электронном
контроле может быть существенно выше). В последнем случае учитывается при наклоне
платформы изменение фиксируемого напряжения с учетом изменения встроенного в схему
электрического сопротивления.
Изменение коэффициента трения покоя оценивается по следующей схеме. Первона-
чально на верхнем образце, имеющем, к примеру, круглую форму, сбоку с шагом 30° нано-
сятся риски, которые не портят поверхность трения. Поворотная платформа при этом нахо-
дится в горизонтальном положении. Далее, нижний образец жестко фиксируется в кювете и
на него накладывается верхний образец с нулевой отметкой-риской. Затем посредством плав-
ного вращения винтового механизма осуществляется наклон поворотной платформы до мо-
мента „сползания“ верхнего образца с поверхности нижнего. Тангенс фиксируемого при этом
угла наклона платформы и есть коэффициент трения покоя. При последовательном повторе-
нии опыта с шагом 30° определяются значения коэффициента трения покоя как для сухих по-
верхностей трения, так и при наличии на них тонкой пленки смазки.
Результат анализа изменения коэффициента трения покоя с использованием разрабо-
танного в программе MathCad алгоритма графически представлен на рис. 2, здесь по верти-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
Новые приборы и устройства для работы со смазочными материалами
67
кальной и горизонтальной осям отложены координаты восьми точек, показывающие изменение коэффициента трения покоя при повороте платформы с шагом 30º. График четко демонстрирует влияние взаимной ориентации шероховатости тела и контртела на изменение величины изучаемого коэффициента: максимальные его значения появляются при таком распо-
ложении шероховатости, когда диагональ 1—1′, соединяющая соответствующие точки, мак-
симальна; при ориентации шероховатости по линии 2—2′ силы трения, температура, износ в паре трения и период приработки будут значительно меньшими.
40
nj yk 20 qi
ei 0
ti oi
ai –20
di
1
2 2′
1′
–40 –40 –20 0 20 40
mj, xk, wi, ri, ui, pi, si, fi
Рис. 2
В некоторых случаях нет смысла осуществлять поворот верхнего образца. Это относится обычно к ситуации, когда на поверхностях трения имеется устойчивая тонкая пленка смазки, закрывающая максимальные вершины шероховатости поверхности, а также когда на поверхностях трения имеются шероховатости кольцевого типа.
Авторами была разработана также новая конструкция объемного шарового насоса [2], предназначенного для перекачивания жидких сред.
Изображение шарового насоса с плоскими дисками (а) и с дисками специальной формы (б, в) представлено на рис. 3.
а) б) в)
Рис. 3
Насос имеет шаровидной формы корпус, соединяемый из двух половинок. В корпусе на одной оси расположены два поворотных диска, а также имеются по два входных и выходных
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2
68 К. Н. Войнов, Е. В. Самойлова, Е. В. Черток
патрубка. Одна пара служит для всасывания жидкой среды (воды, масла, глицериновой композиции и др.), а другая обеспечивает полный выброс среды из камеры. Функции патрубков без остановки насоса можно поворотом рукоятки поменять на противоположные. Области применения насоса весьма широки: перекачивание жидкой среды из больших по объему емкостей в малые и наоборот; обеспечение централизованной системы смазки для специального оборудования в цехах предприятий; выполнение функции искусственного человеческого сердца для перекачивания крови; выполнение функции гидромашины с возможностью мгновенного реверсирования тока рабочей среды, а следовательно, и направления прикладываемого усилия. Производительность разработанного насоса и надежность значительно выше по сравнению с известными аналогами такого же класса насосов. Кроме того, насос имеет повышенный ресурс эксплуатации, так как его конструкция содержит минимальное число пар трения. Важным является и тот факт, что выталкивание жидкой среды из шарового насоса осуществляется практически полное, так как диски модернизированной конусовидной формы при работе сближаются до соприкосновения.
Апробация в лабораторных и производственных условиях показала эффективность работы всех описанных вариантов приборов и возможность их использования в различных областях, в частности на железнодорожном транспорте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Войнов К. Н. и др. Новые конструкторско-технологические решения для железнодорожного транспорта: Учеб. пособие. СПб: ПГУПС, 2009. 30 с.
2. Пат. 79619 РФ, МПК F 01 C 3/00. Роторная объемная машина / Дёжинов Б. А., Войнов К. Н., Черток Е. В. // Опубл. 10.01.09. Бюл. № 1.
Кирилл Николаевич Войнов Елена Викторовна Самойлова Елена Витальевна Черток
Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Петербургский государственный универси-
тет путей сообщения, кафедра теории механизмов и робототехнических систем; E-mail: forstar@mail.ru — аспирант; Петербургский государственный университет путей сообщения, кафедра теории механизмов и робототехнических систем; E-mail: helenasam@mail.ru — аспирант; Петербургский государственный университет путей сообщения, кафедра теории механизмов и робототехнических систем; E-mail: chertok83@mail.ru
Рекомендована кафедрой мехатроники СПбГУ ИТМО
Поступила в редакцию 15.06.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 2