Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів
Підібрано оптимальні за хімічним складом композитні матеріали на основі міді, графіту, нікелю та свинцю для виготовлення пари тертя трибоелементи приладів контролю температури–рухомі поверхні дослідних об’єктів та проаналізовано їх властивості....
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Назва видання: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136066 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів / П.І. Ванкевич // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 3. — С. 114-117. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-136066 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1360662018-06-16T03:12:43Z Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів Ванкевич, П.І. Підібрано оптимальні за хімічним складом композитні матеріали на основі міді, графіту, нікелю та свинцю для виготовлення пари тертя трибоелементи приладів контролю температури–рухомі поверхні дослідних об’єктів та проаналізовано їх властивості. Подобраны оптимальные по химическому составу композитные материалы на основе меди, графита, никеля и свинца для изготовления пары трения элементы приборов контроля температуры–подвижные поверхности исследованых объектов и проанализированы их свойства. The composite materials of optimal chemical composition based on copper, graphite, nickel and lead were selected for producing a pair of friction between the elements of temperature control devices and movable surfaces research facilities. Their properties were analyzed too. 2013 Article Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів / П.І. Ванкевич // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 3. — С. 114-117. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136066 621.896 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Підібрано оптимальні за хімічним складом композитні матеріали на основі міді, графіту, нікелю та свинцю для виготовлення пари тертя трибоелементи приладів контролю
температури–рухомі поверхні дослідних об’єктів та проаналізовано їх властивості. |
| format |
Article |
| author |
Ванкевич, П.І. |
| spellingShingle |
Ванкевич, П.І. Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Ванкевич, П.І. |
| author_sort |
Ванкевич, П.І. |
| title |
Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів |
| title_short |
Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів |
| title_full |
Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів |
| title_fullStr |
Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів |
| title_full_unstemmed |
Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів |
| title_sort |
підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136066 |
| citation_txt |
Підбір оптимальних трибологічних характеристик матеріалів у приладах контролю температури рухомих об’єктів / П.І. Ванкевич // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 3. — С. 114-117. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT vankevičpí pídbíroptimalʹnihtribologíčnihharakteristikmateríalívupriladahkontrolûtemperaturiruhomihobêktív |
| first_indexed |
2025-07-10T00:35:30Z |
| last_indexed |
2025-07-10T00:35:30Z |
| _version_ |
1837218120188559360 |
| fulltext |
114
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 3. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 621.896
ПІДБІР ОПТИМАЛЬНИХ ТРИБОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
МАТЕРІАЛІВ У ПРИЛАДАХ КОНТРОЛЮ ТЕМПЕРАТУРИ
РУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ
П. І. ВАНКЕВИЧ
Академія сухопутних військ ім. гетьмана Петра Сагайдачного, Львів
Підібрано оптимальні за хімічним складом композитні матеріали на основі міді, графі-
ту, нікелю та свинцю для виготовлення пари тертя трибоелементи приладів контролю
температури–рухомі поверхні дослідних об’єктів та проаналізовано їх властивості.
Ключові слова: композити, рухомі об’єкти, суміш порошків, проміжне середовище.
Визначити тепловий стан рухомих елементів машин – важлива науково-тех-
нічна проблема, оскільки за розподілом і значеннями їх теплових полів можна
контролювати і оптимізувати технологічні процеси, оцінювати технічний стан
машин, виявляти дефекти та несправності окремих їх вузлів [1]. В основі систем
теплової діагностики – засоби вимірювання параметрів технічного стану, зо-
крема, первинні давачі та реєструвальні прилади. Як первинні давачі можна ви-
користати прилади перетворення температури чи кількості тепла або їх розподілу
в просторі і часі в інформативні метрологічні показники (систему сигналів), які
можна реєструвати, ідентифікувати та контролювати в режимі експлуатації [2–4].
В останні роки все частіше застосовують методи контактного вимірювання
температури рухомих об’єктів, які базуються на плинних проміжних середови-
щах [5]. Тут важливо вибрати матеріали для деталей типу вала, так як необхідно
враховувати теплові дії від тертя давача об поверхню рухомої деталі [6]. Цих
труднощів нема за безконтактних вимірювань з допомогою тепловізорів або
пірометрів. Однак такі методи обмежені, оскільки ці пристрої чутливі до стану
поверхні досліджуваного об’єкта, мають значні розміри й вимагають зони прямої
видимості для фокусування випромінювання [7]. Нижче встановлено вплив три-
бологічних характеристик матеріалу давача та плинних проміжних середовищ на
параметри системи контактного вимірювання.
Методика експерименту. Для вимірювання температури елементів підшип-
никових вузлів ковзання, що широко застосовують як опори механічного та енер-
гетичного обладнання, вальцьованих станів і папероробних машин, найприйнят-
ніші прилади, які закріплені нерухомо відносно поверхонь рухомих об’єктів і
фіксують температуру прилеглих проміжних агентів, властивості яких залежать
від температури поверхні. Серед них перспективні ті, що використовують плинні
субстанції – рідини з підвищеним значенням коефіцієнта теплопровідності (ма-
шинні або харчові оливи, електроліти).
Малі струми від первинних термоперетворювачів, що обертаються разом із
діагностованим валом, до нерухомих складників вимірювальної системи доціль-
но передавати струмознімальним пристроєм (рис. 1), де як проміжне середовище
використовують електропровідну рідину (наприклад, в’язкий електроліт), яка мі-
німізує паразитні термо-ЕРС. Пристрій містить насадку 1, що виконана у вигляді
двоступінчатої циліндричної втулки та зворотно-поступально переміщується в
Контактна особа: П. І. ВАНКЕВИЧ, e-mail: lnty@mail.lviv.ua
115
корпусі 2. У внутрішній порожнині біль-
шого діаметра насадки встановлено пор-
шень 3 із ущільнювальними кільцями 4.
Звуженою частиною насадка притисну-
та до рухомого контактного кільця 5, а її
порожнина між поршнем та ротором за-
повнена струмопровідною рідиною 6.
Поршень пристрою містить провід-
ники 7 із захисною арматурою 8. У
верхній частині корпусу вкручена зо-
лотникова гайка 9, між якою та порш-
нем встановлена пружина 10. Щоб за-
побігти защемленню робочих поверхонь
пристрою внаслідок забруднення, в
нижній частині корпусу передбачено
ущільнення 11. Для виготовлення на-
садки 1 використовували суміш порош-
ків міді, графіту, нікелю та свинцю (див.
таблицю), які легко притираються до
поверхні валів.
Щоб отримати сплав, компоненти
перемішували, просіювали крізь сито
№ 045 і пресували у заготовку в прес-формі за температури 700°С і тиску 4800 МРа.
Використовували мідь марки М1Ф (Cu DHP), графіт марки МККЗ, нікель марки
НП1, свинець сирий марки С1. Коефіцієнт тертя трибологічної пари (матеріал на-
садки, в %: 75...85 міді, 9...15 графіту сирого, 3...6 нікелю, 4...7 свинцю; рухомий
зразок – вал діаметром 42 mm, сталь 45 твердістю HRC 52, шорсткістю Ra = 0,08)
визначали на машині тертя СМЦ-2 за контактного питомого навантаження
0,2 МРа з наповненням давача середовищем з кремнійорганічної оливи (рис. 2).
Результати та їх аналіз. Зі зменшенням вмісту графіту твердість пресова-
них зразків зростає з 400 до 600 МРа, а границя міцності – від 320 до 380 МРа. Зі
збільшенням вмісту свинцю у шихті від 10 до 25% границя міцності спеченого
зразка зменшується зі 650 до 550 МРа, а після додавання 3% нікелю його твер-
дість підвищується до 750 МРа, а міцність – до 700 МРа.
Якщо рідким середовищем служить олива, коефіцієнт тертя залежить від
вмісту графіту, але суттєво не змінюється і знаходиться в прийнятно високих ме-
жах. Мінімальне його значення зафіксовано за максимального вмісту графіту у
шихті (25%). Зносотривкість за сухого тертя пари сталь–спечений зразок, навпа-
ки, суттєво залежить від твердості останнього (див. таблицю). Зокрема, збільшу-
ється майже вдвоє з її зростанням від 400 до 750 HB, а діагностованого тіла
(сталі) зростає лише на 15%.
Зносотривкість зразків визначали ваговим методом. Слід зауважити, що
втрата маси розроблюваних матеріалів і пристроїв не має принципового значен-
ня, як, наприклад, під час експлуатації інтенсивно навантажених деталей і вузлів
машин та механізмів, де інформація про зносотривкість важлива, щоб визначити
тривалість експлуатації деталей термометричних пристроїв.
Під час сухого тертя втулку, а також рідинний наповнювач нагрівали та вно-
сили похибки у результати вимірювання температури рухомої деталі. Для визна-
чення похибки у втулку запресовували термопару та вимірювали температуру
самої втулки без підігріву контртіла (вала). Виявили, що за питомого наванта-
ження 0,2 МРа температура втулки давача зростає від 25 до 35°С. За використан-
ня кремнійорганічної оливи між насадкою пристрою та рухомою деталлю реалі-
Рис. 1. Струмознімальний пристрій
з рідинним контактом.
Fig. 1. Device for current removing
with liquid contact.
116
зуються умови граничного тертя. При цьому коефіцієнт тертя суттєво зменшу-
ється та становить 0,017…0,018 залежно від хімічного складу композита. Тут по-
хибка вимірювання температури не перевищуватиме 1% від показників давача.
Зауважимо, що діапазон вимірюваних температур пристроями з плинними суб-
станціями – рідинами з підвищеним коефіцієнтом теплопровідності, не є великим
і залежить від температури рідин. Наприклад, максимальна робоча температура
кремнійорганічної оливи не перевищує 250°С, а соняшникової 125°С.
Теплопровідність, коефіцієнт тертя, твердість, границя міцності та питома
втрата маси матеріалів з різним масовим співвідношенням компонентів
Склад матеріалу,
mass.%
Cu Графіт Ni Pb
Теплопро-
відність,
kcal
m g C⋅ ⋅°
Коефіцієнт
тертя
Твердість
HB, МPа
Границя
міцності
на стиск
σB, МPа
Питома
втрата
маси ×106,
kg/(m2·g)
75 15 4 6 271,91 0,58...0,60 550 300 4,21
77 10 6 7 274,44 0,59...0,61 600 340 3,90
79 12 3 6 278,05 0,60...0,63 600 340 3,91
81 11 4 4 282,02 0,59...0,62 650 360 3,50
83 10 3 4 285,32 0,60...0,63 700 380 3,65
84 9 3 4 288,05 0,60...0,63 750 400 3,13
65 25 0 10 273,43 0,57...0,59 400 320 5,96
70 5 0 25 279,06 0,64...0,66 550 340 4,27
75 10 0 15 281,032 0,59...0,62 550 350 4,31
80 15 0 5 284,34 0,58...0,60 600 350 4,01
85 5 0 10 289,07 0,64...0,66 650 380 3,71
Рис. 2. Пристрій
для вимірювання
температури глад-
ких циліндричних
поверхонь:
1 – вальцьовий
верстат; 2 – кор-
пус пристрою;
3 – термоперетво-
рювач (ТХА-775);
4 – елементи кріп-
лення пристрою;
5 – циліндричний
валець.
Fig. 2. Device for temperature measuring on smooth cylindrical surfaces: 1 – roller mill;
2 – body of the unit; 3 – thermocouple (TXA-775); 4 – fasteners device; 5 – cylindrical roller.
Важливою характеристикою пристрою для контактного вимірювання темпе-
ратури рухомих об’єктів є його інерційність чи динамічна характеристика – час,
впродовж якого він досягне температури досліджуваного об’єкта. Замірами тем-
ператури борошномельного вальця діаметром 240 mm з початковою температу-
рою 14°С (рис. 3) виявили, що втулка (84% Cu; 3% Ni; 4% Pb; 9% графіту) в парі
тертя з циліндричним вальцем відпрацювала 8000 h, при цьому питомі втрати її
маси становили 3,13⋅10–6 kg/(m2⋅h). Як теплопровідну рідину використовували
117
харчову олію. Розігрівали валець до (98±1)°С примусовою подачею теплоносія у
внутрішню його порожнину.
Рис. 3. Зміна температури поверхні
борошномельного вальця в часі:
1 – покази хромель-копелевих термопар
у стаціонарних умовах; 2–4 – покази
пристрою з термоперетворювачем
(ТХА-775) та об’ємом теплопровідної
рідини відповідно 0,13 l; 0,25 та 0,33 l
за обертання вальця
зі швидкістю 4,5 m/s.
Fig. 3. Dependence of surface temperature of roller milling on time: 1 – thermocouples
in a stationary state; 2–4 – the device with thermocouple (TХA-775) and the volume
of conductive liquids respectively 0.13 l; 0.25 and 0.33 l by rotating rollers with speed 4.5 m/s.
ВИСНОВКИ
Проаналізовано вплив хімічного складу композитних матеріалів на основі
міді та графіту на їх трибологічні характеристики за умов експлуатації пристроїв
вимірювання температури рухомих об’єктів. Встановлено, що найбільш придат-
ними для виготовлення елементів приладів є композитні порошкові матеріали,
що містять 84% міді, 9 графіту, 3 нікелю та 4% свинцю. Варіюючи їх хімічний
склад, можна вибирати сплав за наперед сформульованим критерієм оптималь-
ності. Показано, що найчутливіші до зміни хімічного складу твердість та гранич-
на міцність, менш чутливі – коефіцієнт тертя та теплопровідність. Під час вико-
ристання як плинної субстанції кремнійорганічної оливи у насадці пристрою між
насадкою та рухомою деталлю реалізуються умови граничного тертя. При цьому
коефіцієнт тертя суттєво зменшується (від 0,6 до 0,017). Отже, тепловиділення
від тертя і абразивного зносу не впливає на інерційність пристрою, яка залежить
від об’єму плинного теплоносія.
РЕЗЮМЕ. Подобраны оптимальные по химическому составу композитные материа-
лы на основе меди, графита, никеля и свинца для изготовления пары трения элементы
приборов контроля температуры–подвижные поверхности исследованых объектов и про-
анализированы их свойства.
SUMMARY. The composite materials of optimal chemical composition based on copper, gra-
phite, nickel and lead were selected for producing a pair of friction between the elements of tempe-
rature control devices and movable surfaces research facilities. Their properties were analyzed too.
1. Ванкевич П. І. Принципи побудови засобів діагностики машин методами контактної
термометрії. – Львів: СПОЛОМ, 2006. – 235 с.
2. Ванкевич П. І., Буртак В. В. Пристрій теплового контролю рухомих елементів машин
// Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. – 2003. – № 7. – С. 265–270.
3. Деклараційний патент на корисну модель № 8849 U, Україна, МПК G01K13/08.
Пристрій для вимірювання температури об’єктів обертання / П. І. Ванкевич. – Опубл.
15.11.2005; Бюл. № 11.
4. Деклараційний патент на винахід № 38485 А, Україна, МПК Н01R39/00, Н01R39/30.
Струмознімальний пристрій / П. І. Ванкевич, Б. І. Затхей, М. О. Медиковський.
– Опубл. 15.05.2001; Бюл. № 4.
5. Патент на корисну модель № 73348, Україна, МПК G01K13/04, G01K13/08. Пристрій
для вимірювання температури рухомої поверхні / П. І. Ванкевич, О. Р. Гачкевич,
В. І. Асташкін. – Опубл. 25.09.2012; Бюл. № 10.
6. Чичинадзе А. В., Матвеевский Р. М., Браун Э. Д. Материалы в триботехнике нестацио-
нарных процессов. – М.: Наука, 1986. – 246 с.
7. Термометрическая диагностика материалов / В. Е. Канарчук, Н. Н. Дмитриев, О. Б. Дер-
качев, П. Р. Левковец. – К.: НТУ, 2001. – 236 с.
Одержано 04.12.2012
|