Способ оценки износа трущихся сопряжений в присутствии смазочных или иных материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к функциональной диагностике трибосопряжений или испытаний на изнашивание натурных узлов трения и образцов новой техники для оценки их степени путем определения концентраций частиц износа, присутствующих в отработанном смазочном или ином материале, и может быть использовано в смежиш: областях техники для определения загрязнекности углеводородн ых жидкостей частицами металлической дисперсной фаЗЫ,- ..V . . . .. , . ;.-

Известен «пособ оценки износа трущихся сопряжений, работающих в присутствии смазочных материалов, заключающийся в том, что отбирают пробу отработанной смазочной среды и анализируют элементный 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 сопря ; ений используется главным образом в тех случаях, когда отказ изделия может привести к катастрофическим последствиям.

Известен также 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.

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 виде 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 с етную 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.

Фотом.етрирование 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 в 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 противоизносные, антиокислительные, антикоррозионные и другие свойства. В результате трибовоздействий различной физико-химической природы, происходящих на контакте трущихся сопряжений, а также в ряде случаев, неблагоприятных тепловых режимов, обусловленных конструктивными особенностями оборудования (двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины компрессоры и т.д.), эта гомогенность нарущается. По этой причине оценка износа способом фотометрирования проб в видимой

области спектра дает неоднозначные результаты, так как интегрально учитывает неоднородности различного происхождения, в том числе в виде металлических частиц износа. Оптическ-ая 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

5 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 излучений на механических примесях в виде абразивных частиц различной физической природы.

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

5 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

0 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 К; на фиг.З-спектры поглощения при более жестком режиме окисления при

0 К, которое происходит с образованием дисперсных частиц шламов; на фиг.4 спектры поглощения в средах, окисленных при К с добавлением 1 % по объему смесичастиц карбида кремния SIC и двуокиси кремния SiOa со средним размером фракций 10 мкм, что характеризует присутствие в смазочных или иных материалахмеханических примесей, на фиг.5 - график статической характеристики для пары трения латунь - сталь.

На фиг.1 4 экспериментально определено относительное поглощение излучения на длинах.волн 0,57; 0,67 мкм, а также поглощение неселективного излучения лампь накаливания СМН10 - 50 и инфракрасного 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 фотометрического 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 дисперснь1х фаз различной природы а это приводит к повышению точности определения подвижных сопряжений.

При м е р. На машине трения СМЦ-2 в присутствии смазочного масла МП испытывают на изнашивание по схеме колодка ролик пара трения латунь Л - 68,- закалениай сталь 45, Через определенные промежутки 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 kD, к оторая с некоторым коэффициентом пропорциональности равна значению оптической плотности О масла МП на длине волны 0,9 мкм. По данным зависимости износ время и па|раметр kD - время строят статическую характеристику преобразования (тарировочная кривая) в координатах napaMerpkO-износ. Согласно закона Бугера - Вера для любых бинарных смесей-оптическая плотность с увеличением концентрации расчет по линейному Закону, таким образом, путем фотометрировайия в ближней ИК-области гетерогенная система сложного строения может рассматриваться как дисперсная, состоящая из двух компонентов: дисперсной среды и дисперсной фазы в виде металлических частиц износу.

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

же материалрв. Предельная величина износа равна 2 Мг. Из тарировочной зависимости этому соответствует параметр мВ. 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 установ ленной величины тарировочной зависимости (5750 мВ) эксперимент прекращают. Контрольное взвешивание образца в этой точке, проведенное после испытаний, дает фактическое значение весового износа, которое равно 2,2 мг. Относительная погрешность измерений, определенная по формуле

Иф

где И - фактический износ; И - износ, полученный из тарировочной зависимости при фактическом значении параметра мВ, в два раза меньше относительной погрешности по предельно назначенной величине износа в 2 мг.

Таким образом, повышение точности оценки износа сопряжений достигается за счет однозначной интерпретации результатов измерений. Естественным обобщением способа является автоматизация. измерений износа, которая может осуществляться в период эксплуатации путем применения встроенных фотометрических датчиков с последующей обработкой информации в режиме реального времени.

Формула изобретения

V.

. 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, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки, фотометрирование пробы отработанного смазочного или иного материала осуществляют в ближней инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн 0,8-1,0 мкм.

2СО

Г j

100

I . gг)

123456 123456 123456 123456 . Фиг t

200

100

7

б

S

L23456 I234&6 123456 123456 Фиг. «

Изобретение относится ктриботехниче- ским 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 следую- щим.образом. Через определенные промежутки времени отбирают пробу смазочного или иного материала, в котором зксплуати- руется оцениваемое сопряжение, фотомет- рируютее 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.

123456 123456 123456 123456

JSPt

Фиг. 4

нД-IO мВ

8

X

X