Контрольная работа: Экспериментальные исследования изнашивания пар трения в загрязненной рабочей среде

На рис. 1 показано также изменение , осредненного по двум контрольным поршням, в зависимости от . Следует отметить, что характер изменения шероховатости точно повторяет характер изменения интенсивности изнашивания, что говорит о хорошем качестве эксперимента. Согласно экспериментальным данным, существенное увеличение изнашивания поршней начинается при содержании механических примесей, большем чем 0,04%. При изменении  от 0,04 до 0,05% интегральная интенсивность изнашивания возрастает почти в два раза. При содержании механических примесей, большем чем 0,06%, следует ожидать катастрофического износа. На рис. 1 заметно, что минимальное значение изнашивания поршней наблюдалось при содержании загрязнений в количестве 0,02%, т.е. произошло снижение изнашивания по сравнению с изнашиванием при меньших . Этот факт позволяет предположить, что наличие механических примесей до известного предела может сказываться на работе насоса положительно. Возможно, это связано с тем, что механические частицы, попадающие в зазор, ведут себя подобно подшипникам и таким образом улучшают условия работы пар трения.

Ниже приводятся результаты расчета срока службы насоса в часах непрерывной работы по формуле (3.6.1) по средней скорости изнашивания, т.е. с учетом уменьшения скорости изнашивания после приработки. Вероятность безотказной работы принята равной 0,9 и 0,95.

Таблица 1.5 Расчетный срок службы насоса

На основании экспериментальных и расчетных данных можно рекомендовать допускать содержание механических примесей в рабочих жидкостях гидравлических систем в пределах 0,02…0,025% (по массе) при условии установки фильтров с тонкостью очистки, меньшей, чем величина характерного зазора.

. Стендовые испытания аксиально-поршневых насосов при загрязнении масла водой

Для определения влияния воды, содержащейся в масле, на изнашивание поршней аксиально-поршневых насосов были проведены стендовые испытания, которые отличались от предыдущих тем, что в гидробак стенда КИ-4815М доливалась дистиллированная вода в установленном объеме. Для того, чтобы сравнить полученные данные с данными по изнашиванию поршней при содержании абразивных частиц в масле, методика обработки была аналогичной прежней, т.е. проводилось профилометрирование контрольных поршней для определения параметра шероховатости , совместное наложение профилограмм цилиндрической поверхности поршней для определения величины изношенного слоя, а также обработка профилограмм шероховатости для получения опорных кривых поверхностей поршней. Кроме того, контролировалась объемная подача насоса .

При рассмотрении изменения интегральной интенсивности изнашивания поршней насоса 10 по слою (рис.2) наблюдалось ее возрастание при увеличении процентного содержания воды в масле, причем вид зависимости  соответствует степенной (показательной) функции типа , где показатель степени . Функция продольной шероховатости, характеризующейся параметром , при увеличении содержания воды в масле имеет такой же вид, что, по-видимому, подтверждает достоверность экспериментальных данных. Наличие постоянной тенденции к увеличению шероховатости с увеличением  говорит о катастрофическом изнашивании пар трения в данных условиях. Увеличение интегральной интенсивности изнашивания в 2 раза происходит при содержании воды  (по объему).

Рис.2. Зависимость интегральной интенсивности изнашивания () и шероховатости поверхности () поршней насоса  от содержания воды в масле ()

Стендовые испытания насосов при загрязнении масла механическими примесями показали, что существенное увеличение изнашивания поршней (в 2 раза) начинается при содержании механических примесей  = 0,04%. Однако катастрофический износ с тенденцией к увеличению шероховатости поверхности происходит при . Существующие методы очистки масел гидросистем технологического оборудования в целом позволяют справиться с проблемой загрязнения масел механическими примесями, а содержание их в количестве, большем чем 0,05…0,06%, бывает сравнительно редким. Гораздо более опасным для работы гидроприводов технологического оборудования является попадание в гидробаки воды в любом количестве, хотя бы на уровне «следов» (), поскольку, как показали стендовые испытания, при этом шероховатость поверхности поршней имеет устойчивую тенденцию к увеличению, а износ возрастает по показательному закону и имеет значения гораздо большие, чем при содержании механических примесей (при увеличении  от 0 до 0,5% скорость изнашивания увеличивается в 30 раз).

Расчетный технический ресурс насоса  при содержании воды в масле в количестве 0,3…0,5% сокращается в 3 раза. Недопустимым последствием работы насоса в обводненном масле является проявление пластических деформаций, связанных, по-видимому, с локальным повышением температуры в зонах трения. Наличие пластических деформаций указывает на «катастрофический» характер изнашивания поршней.

Для получения более достоверных, приближенным к реальным, интенсивностям изнашивания пар трения, уточнения модели гидроэрозионного изнашивания и ее проверки продолжительность стендовых испытаний была увеличена до 30…100 часов. Помимо насоса  испытывались еще три насоса той же серии - . После каждого испытания производилось взвешивание всех поршней на весах ВЛТ-200, а также 20-кратное измерение  цилиндрической поверхности каждого из 9 поршней с помощью профилометра «Калибр-206». Стендовые испытания проводились при различном давлении на выходе испытуемого насоса. Скорость изнашивания поршней (по массе) определялась по формуле:

 (2.1)

где масса поршня после го испытания, г;  масса поршня после ()-го испытания, г;  продолжительность испытания, ч.

Интенсивность изнашивания по массе определялась как

 (2.2)

где  номинальная площадь контакта, определенная как сумма площадей поверхности всех 9 поршней блока, м;  путь трения за 1 час.

Интенсивность изнашивания по слою определялась как

 (2.3)

где  плотность стали, кг/м.

После каждого испытания определялась кислотность масла в мг КОН на 1 мл масла по следующей методике. После 5-минутного кипячения с обратным холодильником 50 мл спирта и добавления нескольких капель фенолфталеина производилось титрование спирта до появления слабо-розовой его окраски. Затем в колбу со спиртом добавлялось 50 мл исследуемого масла. После 5-минутного кипячения раствора производилось его титрование в присутствии фенолфталеина 0,05% раствором едкого натра КОН до появления слаборозовой окраски раствора. Кислотное число масла в мг КОН определялось как

 (2.4)

где  титр раствора КОН,  объем раствора КОН, затраченный на титрование.

В процессе испытаний насосов велись наблюдения за влажностью воздуха и его температурой.

Как указывалось выше, во второй серии испытаний контрольными являлись все 9 поршней, входящих в качающий узел каждого насоса. Испытывались 3 насоса  и один насос , причем каждый насос испытывался при различном давлении в напорной линии и различном содержании воды в гидросистеме стенда. Количество экспериментов для получения средней скорости изнашивания поршней составляло от 3 до 10. Суммарная продолжительность испытаний составила от 30 до 100 часов.

По данным опроса специалистов, обслуживающих гидросистемы технологического оборудования заводов «КамАЗ», попадание воды в гидросистемы ограничивается обычно 1… 3% (по объему), поэтому при проведении стендовых испытаний максимальное содержание воды составляло именно 3%.

В таблицах 2.1 - 2.5 представлены экспериментальные данные по износу (по массе) поршней насосов при различном содержании воды и заданном давлении на выходе насоса.

Таблица 2.1 Скорости изнашивания блока поршней насоса PVB-15 при МПа

Таблица 2.2 Скорости изнашивания блока поршней насоса PVB-15 при  МПа

Таблица 2.3 Скорости изнашивания блока поршней насоса PVB-15 при  МПа

Таблица 2.4 Скорости изнашивания блока поршней насоса  при  3 МПа