CC BY
39
УДК 621.891.193
А. П. Перекрестов Астраханский государственный технический университет
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ МАТЕРИАЛА ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ ДИФТОРХЛОРМЕТАНА
Прогнозирование интенсивности изнашивания трущихся пар в различных газовых средах представляет собой сложную задачу в связи с большим количеством одновременно действующих факторов: механических, физических, химических.
Исследование интенсивности изнашивания трущихся пар проводилось на созданной для этой цели машине трения ПТТТ-1 [1]. Машина представляет собой герметичную установку возвратно-поступательного действия, имеющую два испытательных узла трения. Подвижные образцы этих узлов трения приводятся в движение от одного коленчатого вала, поэтому все образцы проходят один путь трения [2].
Неподвижные образцы были вырезаны из чугунной втулки компрессора ФВ-10 диаметром 101,6 мм.
Химический состав по техническим условиям, %:
С общ.= 3,2-3,4; 8 = 0,12; 81 = 1,8-2,2; Сг = 0,2-0,4; N1 = 0,1-0,3; Р = 0,3; Т - следы.
Шероховатость внутренней поверхности втулки соответствовала Яа = 0,25-0,20 мкм. Твердость поверхности втулки НВ - 2 150-2 460 МПа. Подвижные образцы были изготовлены из чугунных запасных колец компрессора ФВ-10.
Химический состав по техническим условиям, %:
С общ = 3,5-3,9; С св = 0,6-0,9; 81 = 2,2-2,7; Мп = 0,5-0,8; Р = 0,4-0,7; 8 = до 0,11; Сп = 0,2-0,35; Т = 0,1-0,15; Сг = 0,1-0,25; N1 = 0,08-0,15.
Шероховатость поверхности Яа = 0,25-0,20 мкм. Твердость подвижных образцов НВ - 2 350-3 070 МПа.
При частоте вращения коленчатого вала машины трения равной 36,6-1 за время работы 0,5 часа путь трения подвижных образцов составляет 1 050 м.
В качестве подвижных образцов в машине трения в каждом узле трения использовались 4 образца, вырезанные из поршневого кольца. В подвижные образцы одного узла трения было сделано 5 вставок из серебра диаметром 0,6 мм, играющих роль «индикаторов» износа, а в другой узел трения - такие же вставки из олова. Плотность материалов, выбранных в качестве «индикаторов» износа, в 103 кг/м3 принималась равной pAg = 10,50; р8п = 7,45.
Для повышения точности сверления диаметра отверстия оно сверлилось на 0,1 мм меньше требуемого, а затем сверлом номинального диа-
метра доводилось до заданного размера. Глубина отверстий под вставки равна 1 мм. Из металла, предназначенного для вставок, делалась проволока и легкими ударами молотка запрессовывалась в отверстие. Остатки металла снимались шлифованием.
После заделки всех вставок частота поверхности образца доводилась до требуемой с помощью шлифовальных шкурок, а затем производилась притирка образцов друг к другу.
Масло, подающееся в зону трения, из каждого испытуемого узла трения стекает в свой маслосборник и после испытания отбирается, в виде пробы для последующего анализа, в количестве 20 мл. Отбор проб с продуктами износа проводится в колбы емкостью 50 см3 через каждые 0,5 часа работы машины трения. Каждый раз отбор делается дважды. Вначале из маслосборника отбирается в стеклянную колбу масло с продуктами износа, затем маслосборник промывается чистым маслом, и это масло с остатками продуктов износа также сливается в колбу. Количество отобранной пробы составляет 50 см3, если количество отобранной пробы не равно 50 см3, то ее доводят до этого количества, доливая чистое масло. Анализ проб масла проводится в соответствии с разработанной методикой атомно-абсорбционного анализа на спектрометре РГА-917 [3].
Ниже приводится физико-химическая характеристика свойств испытуемых масел.
ХФ-12-18 - из досорской нефти, минеральное, молекулярный вес 308. Фрикционный состав, %: неароматика - 98,8, ароматика - 1,24, смолы -
0,31, неорганические составляющие силикагеля - 0,51. Вязкость при температуре 323 и 373 К соответственно составляла 18-10"6 и 4,6-10-6 м2/с. Температура вспышки и застывания равна соответственной 433 и 233 К. Кислотность составляла 0,03 мг КОН на 1 г масла. Поверхностное натяжение составляло 23-10"3 Н/м. Полностью растворимо в хладоне-12.
ХФ-22-24 - изготовляется загущением виниполом маловязкого масла из досорской нефти; минеральное, молекулярный вес 264. Фракционный состав, %: неароматика - 93,0, ароматика - 5,9, смолы - 0,68, неорганически составляющие силикагеля - 0,37. Вязкость при температуре 323 и 373 К соответственно составляла 25-10"6 и 7-10"6 м2/с. Плотность при температуре 293 К составляла 0,883 г/см.
ХС-40 - алифатическое масло, минеральное (Всесоюзный научноисследовательский институт нефти и нефтепродуктов). Получено полимеризацией а-олефинов. Представляет собой смесь изопарафиновых углеводородов. Эмпирическая формула С4іН84. Молекулярный вес 595. Индекс вязкости 110. Сера и смола отсутствуют. Вязкость при температуре 323 и 373 К соответственно составляла 40-10"6 и 10-10"6 м2/с. Плотность при температуре 293 К составляла 0,8477 г/см3. Температура вспышки и застывания соответственно 0,05 мг. К на 1 г масла. Поверхностное натяжение составляло 30-10"3 Н/м. Ограниченно растворимо во фреоне-22.
Для более точного определения влияния состава масла на величину износа образцов, при подаче масла в зону трения в один узел трения подавалось чистое масло ХС-40, а в другой - ХС-40 с присадкой № 19 0,1 % по
массе. Состав композиции присадки № 19: бетол - 1-5 %, АДА - 45 %, трибокор - 50 %.
Давление газовой среды дифторхлометана (хладона-22) внутри машины трения составляло 0,1 МПа. Зависимость износа подвижных образцов от состава подаваемого масла в зону трения и температуры образцов приведена на рисунке.
А Н, нм
♦ ХФ-12-18 Хладон-22 -«-ХФ-22-24 Хладон-22
ХФ-12-18 Воздух ХС-40 Хладон-22
ХС-40 + N19 Хладон-22
Зависимость линейного износа подвижных образцов от состава масла и температуры образцов
Результаты интенсивности изнашивания подвижных образцов при температуре 333 и 355 К приведены в таблице.
Зависимость интенсивности изнашивания от сорта масла и состава газовой среды
№ п/п Состав масла Г азовая среда Интенсивность изнашивания Т = 333 К, /„*1012 Интенсивность изнашивания Т = 355 К, /„*1012
1 Масло ХФ-12-18 Хладон-22 19,0 22,3
2 Масло ХФ-22-24 Хладон-22 17,1 21,4
3 Масло ХФ-12-18 Воздух 14,6 18,3
4 Масло ХС-40 Хладон-22 9,1 11,3
5 Масло ХС-40 + № 19 Хладон-22 4,8 5,5
Наихудшими противоизносными качествами обладает масло ХФ-12-18, оно же обладает наименьшей вязкостью. При испытании трущихся пар в среде воздуха можно отметить возрастание линейного износа, что связано, по-видимому, с окислением поверхностей, в том числе вызванного наличием в воздухе влаги.
Анализируя полученные результаты, необходимо отметить возрастание износа с ростом температуры в зоне трения. Это объясняется снижением вязкости масляной пленки, уменьшением величины ее поверхностного натяжения, вследствие чего утончается масляная прослойка между движущимися образцами.
Из приведенных данных видно, что наименьшую интенсивность изнашивания подвижные образцы имеют при смазке маслом ХС-40 с добавлением противоизносной композиции № 19. Интенсивность изнашивания уменьшается примерно в два раза. При изучении изнашивания неподвижных образцов была получена аналогичная зависимость. Это свидетельствует о том, что добавляя противоизносную композицию присадок № 19, можно значительно увеличить долговечность поршневых колес компрессора.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Пат. РФ № 2239171 / Перекрестов А. П., Шаталов М. Ю.; заявка 25.07.2002.
2. Перекрестов А. П., Шаталов М. Ю. АГП - 20 лет // Наука и технология углеводородов. - 2001. - № 4. - С. 133-136.
3. Перекрестов А. П., Шаталов М. Ю., Сокирко Г. И. Атомно-абсорбционный экспресс-метод определения интенсивности изнашивания пар трения. Образование. Экология. Экономика. Информатика: Сб. науч. тр. VIII Междунар. конф. «Нелинейный мир»: Под. ред. Н. В. Амосовой, И. Б. Коваленко, А. Б. Ольневой. - Астрахань: ИПЦ «Факел», 2004. - С. 210-213.
Получено 3.03.05
FORECASTING INTENSIVE WEAR OF PISTON RING MATERIAL IN GAS MEDIUM OF DIFLUORIDE CHLORMETHANE
A. P. Perekrestov
In the article there is shown the research of attrition face pairs. For this purpose there was created a special friction-simulating machine ПШ-1 that models friction in‘piston ring-cylinder wall’type. There has been studied the change of the rate of wear in friction units lubricated by oils ХФ-12-18, ХФ-22-24,
ФС-40, ХС-40 - composition of additives N 19 in chladon-22 medium and air medium. There was found great decrease of wear of movable samples with introducing ХС-40 into oil - composition of additives N 19.
